全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem,，簡稱GPS）是美國從20世紀70年代開始研制的用于軍事部門的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng),，歷時20年，耗資200多億美元,，分三階段研制,，陸續(xù)投入使用，并于1994年全面建成,。GPS是以衛(wèi)星為基礎的無線電衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),，它具有全能性,、全球性、全天候,、連續(xù)性和實時性的精密三維導航與定位功能,，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此,，GPS技術率先在大地測量,、工程測量、航空攝影測量,、海洋測量,、城市測量等測繪領域得到了應用［1］，并在軍事,、交通,、通信、資源,、管理等領域展開了研究并得到廣泛應用,。本文介紹GPS在山區(qū)工程測量中的應用，并提出幾點體會,。
1,、GPS簡介
1．1GPS構成
GPS主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設備三部分構成,。
（1）GPS空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成,。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道平面的傾角為55°,，衛(wèi)星的平均高度為20200km,，運行周期為11h58min。衛(wèi)星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導航定位信號,，導航定位信號中含有衛(wèi)星的位置信息,，使衛(wèi)星成為一個動態(tài)的已知點。在地球的任何地點,、任何時刻,，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛(wèi)星,，最多可達到9顆,。
（2）GPS地面監(jiān)控站主要由分布在全球的一個主控站,、三個注入站和五個監(jiān)測站組成,。主控站根據(jù)各監(jiān)測站對GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，計算各衛(wèi)星的軌道參數(shù),、鐘差參數(shù)等,，并將這些數(shù)據(jù)編制成導航電文,，傳送到注入站，再由注入站將主控站發(fā)來的導航電文注入到相應衛(wèi)星的存儲器中,。
（3）GPS用戶設備由GPS接收機,、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設備（如計算機）等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號,，跟蹤衛(wèi)星的運行,，并對信號進行交換、放大和處理,，再通過計算機和相應軟件,，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差,，求出GPS接收機中心（測站點）的三維坐標,。
1．2GPS定位原理
GPS定位是根據(jù)測量中的距離交會定點原理實現(xiàn)的［2］。如圖1所示,，在待測點Q設置GPS接收機,，在某一時刻tk同時接收到3顆（或3顆以上）衛(wèi)星S1、S2,、S3所發(fā)出的信號,。通過數(shù)據(jù)處理和計算，可求得該時刻接收機天線中心（測站點）至衛(wèi)星的距離ρ1,、ρ2,、ρ3。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到該時刻3顆衛(wèi)星的三維坐標（Xj,，Yj,，Zj），j＝1,，2,，3，從而由下式解算出Q點的三維坐標（X,，Y,，Z）：
1．3GPS測量的特點
相對于常規(guī)測量來說，GPS測量主要有以下特點：①測量精度高,。GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量，在小于50km的基線上,，其相對定位精度可達1×10－6,，在大于1000km的基線上可達1×10－8。②測站間無需通視,。GPS測量不需要測站間相互通視,，可根據(jù)實際需要確定點位,，使得選點工作更加靈活方便。③觀測時間短,。隨著GPS測量技術的不斷完善,，軟件的不斷更新，在進行GPS測量時,，靜態(tài)相對定位每站僅需20min左右,，動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡便,。目前GPS接收機自動化程度越來越高,，操作智能化，觀測人員只需對中,、整平,、量取天線高及開機后設定參數(shù)，接收機即可進行自動觀測和記錄,。⑤全天候作業(yè),。GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻,，可保證在任何時間,、任何地點連續(xù)進行觀測，一般不受天氣狀況的影響,。⑥提供三維坐標,。GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標，其高程精度已可滿足四等水準測量的要求,。
2,、應用實例
2．1工程概況
本文涉及的工程由某集團公司投資建造，是一個集休閑,、娛樂,、旅游、渡假等功能于一體的綜合項目,。工程位于城郊,，占地66．7hm2多，屬兩山夾一溝地形,，山地面積約占三分之二,。最高處約90m。山上樹木茂盛,，地形復雜,，通視困難，行走不便。為了該工程的設計和施工,，需建立首級控制網(wǎng),。考慮到工程復雜,，工期較緊,，測區(qū)通視困難，地形起伏大等因素,，決定采用GPS測量,。
2．2GPS測量的技術設計
（1）設計依據(jù)GPS測量的技術設計主要依據(jù)1999年建設部發(fā)布的行業(yè)標準《城市測量規(guī)范》、1997年建設部發(fā)布的行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》［3］及工程測量合同有關要求制定的,。
（2）設計精度根據(jù)工程需要和測區(qū)情況,，選擇城市或工程二級GPS網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。要求平均邊長小于1km,，最弱邊相對中誤差小于1／10000,，GPS接收機標稱精度的固定誤差a≤15mm，比例誤差系數(shù)b≤20×10－6,。
（3）設計基準和網(wǎng)形如圖2所示,，控制網(wǎng)共12個點，其中聯(lián)測已知平面控制點2個（I12,，I13）,，高程控制點5個（I12，I13,，105,，109，110,，其高程由四等水準測得）,。采用3臺GPS接收機觀測，網(wǎng)形布設成邊連式,。
（4）觀測計劃根據(jù)GPS衛(wèi)星的可見預報圖和幾何圖形強度（空間位置因子PDOP）,，選擇最佳觀測時段（衛(wèi)星多于4顆，且分布均勻,，PDOP值小于6）,，并編排作業(yè)調(diào)度表。
2．3GPS測量的外業(yè)實施
（1）選點GPS測量測站點之間不要求一定通視,，圖形結構也比較靈活,，因此，點位選擇比較方便,。但考慮GPS測量的特殊性,，并顧及后續(xù)測量,，選點時應著重考慮：①每點最好與某一點通視,，以便后續(xù)測量工作的使用,；②點周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收,；③點位要遠離大功率無線電發(fā)射源,、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾,；④點位應選在視野開闊,、交通方便、有利擴展,、易于保存的地方,，以便觀測和日后使用；⑤選點結束后,，按要求埋設標石,，并填寫點之記。
?。?）觀測根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進行觀測,，采取靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角15°,，時段長度45min,，采樣間隔10s。在3個點上同時安置3臺接收機天線（對中,、整平,、定向），量取天線高,，測量氣象數(shù)據(jù),，開機觀察，當各項指標達到要求時,，按接收機的提示輸入相關數(shù)據(jù),，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿,。
2．4GPS測量的數(shù)據(jù)處理
GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個階段,，采用隨機軟件完成。經(jīng)基線解算,、質量檢核,、外業(yè)重測和網(wǎng)平差后，得到GPS控制點的三維坐標（見表1）,，其各項精度指標符合技術設計要求,。
3,、結束語
通過GPS在測量中的應用，得到如下體會,。
（1）GPS控制網(wǎng)選點靈活,，布網(wǎng)方便，基本不受通視,、網(wǎng)形的限制,，特別是在地形復雜、通視困難的測區(qū),，更顯其優(yōu)越性,。但由于測區(qū)條件較差，邊長較短（平均邊長不到300m）,，基線相對精度較低,，個別邊長相對精度大于1／10000。因此,，當精度要求較高時,，應避免短邊，無法避免時,，要謹慎觀測,。
（2）GPS接收機觀測基本實現(xiàn)了自動化,、智能化,，且觀測時間在不斷減少，大大降低了作業(yè)強度,，觀測質量主要受觀測時衛(wèi)星的空間分布和衛(wèi)星信號的質量影響,。但由于各別點的選定受地形條件限制，造成樹木遮擋,，影響對衛(wèi)星的觀測及信號的質量,，經(jīng)重測后通過。因此,，應嚴格按有關要求選點,，擇最佳時段觀測，并注意手機,、步話機等設備的使用,。
（3）GPS測量的數(shù)據(jù)傳輸和處理采用隨機軟件完成,，只要保證接收衛(wèi)星信號的質量和已知數(shù)據(jù)的數(shù)量,、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制點三維坐標,。但由于聯(lián)測已知高程點較少（僅聯(lián)測5個）,，致使的控制點高程精度較低,。因此，要保證控制點高程的精度,，必須聯(lián)測足夠的已知高程點,。
參考文獻
［1］管國斌．對中小城鎮(zhèn)GPS控制網(wǎng)中幾個問題的探討［J］．浙江測繪,，2003,，（2）：45－46．
［2］劉大杰．全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理［M］．上海：同濟大學出版社,，1996．
［3］北京市測繪設計研究院．CJJ73－97,，全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社,，1997