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论GPS全球定位系统的原理与在工程测量中的应用
系别：地质矿产系

班级：71041

学号：2010741

姓名：范静华

目录
前言 3
1 GPS简介 3
1.1 GPS的构成与定位原理 3
1．2 GPS测量的特点 4
2 GPS在工程测量中的应用 5
2．1 建立工程控制网 5
2．2 变形监测 6
2．3 区域差分网下的碎部测量与放样 6
3 GPS测量应注意的问题 6
结束语 9

论GPS全球定位系统的原理与在工程测量中的应用

摘 要：本文介绍了GPS的构成与定位原理以及其特点，阐述了其在具体工程测量中的运用，并对实际操作中的注意事项作了分析。
关键词:GPS技术 工程测量 变形观测 控制网
前言
领域，随着全站仪的推广普及，传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。近年来，随着GPS测量技术的发展，测绘领域的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，以其全天候、自动化、高精度、高效益等显著特点赢得了广大测绘工作者的信赖，现已成功应用于工程测量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。本文就GPS在工程测量应用状况谈几点体会。
1 GPS简介

1.1 GPS的构成与定位原理

GPS(Global Position System，全球定位系统)是2O世纪7O年代由美国国防部批准，陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。该系统空间部分包括24颗分布在6个轨道上的卫星，全球覆盖率高达98 ，卫星高度约20200km，运行速度为3800m／s。运行周期1lh58min，卫星轨道的倾角为55。。每颗卫星可覆盖全球38 面积。卫星的分布，可保证在地球上的任何地点、任何时刻、在高度15。以上的天空同时能观察到4颗以上的卫星。卫星上有原子钟，且不断向地面发射两种频率的无线电波。GPS共由部分构成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入导航电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上；(3)用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。发表论文
根据测距原理的不同，GPS的定位方式可分为伪距定位、载波相位测量定位和GPS差分定位，根据待定点点位的运动状况可分为静态定位和动态定位。

1．2 GPS测量的特点

相对于常规测量来说，G P S测量主要有以下特点：①测量精度高。G PS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达l×l0-6，在大于l000 km的基线上可达l×l0-8 。②测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 m in左右，动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气的影响。
2 GPS在工程测量中的应用

2．1 建立工程控制网

工程控制网是工程建设、管理和维护的基础，其网型和精度要求与工程项目的性质、规模密切相关。一•般地，工程控制网覆盖面积小、点位密度大、精度要求高。用常规的方法，多采用边角网。采用GPS定位的方法建立工程控制网，具有点位选择限制少，作业时间短，成果精度高，工程费用低等优点。可应用于建立lI[程首级控制网，变形监测控制网，工矿施工控制网，工程勘探、施工控制网，隧道等地下工程控制网，等等。应用GPS技术建立控制网，通常采用载波相位静态差分技术，以保证达到毫米级精度。应用CPS技术建立道路勘探、施工控制刚和隧道工程控制网等具有显著的优势。道路勘探、施工控制网，具有横向很窄、纵向很长的特点。采用传统的三角锁、导线方案，多数需要分段实施，以避免误差积累过大。发表论文

2．2 变形监测

变形监测丰要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。临测工作的特点是彼监测体的几何尺寸巨人，监测环境复杂，监测技术要求高。常规的监测技术是应用水准测量的方法， 监测地基的沉降；应用三角测量(或角度交会)的方法，临测地基的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。

2．3 区域差分网下的碎部测量与放样

区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样，是基于区域GPS差分网进行的。区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似，不同的是区域差分的基准站往往多于1个，多基准站组成基准M，基准网提供各个基准站的差分信息，用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权，按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。

3 GPS测量应注意的问题
工程实践中充分体现了GPS测量的优越性，但在工程施工和后续工程的建设中也暴露出了一些问题。针对这些问题及GPS测量中应注意的事项总结如下。发表论文
(1)和常规仪器进行的控制测量一样，无论使用静态GPS或者动态GPS进行控制测量，应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布。
当使用动态GPS进行观测时，基准站的精度要经过3～5个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。
(2)大量的工程事例证明，虽然GPS高程测量能够达到一定的精度，但GPS施测的市政_T程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准连测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。从关林大道应用国产静态GPS完成的控制测量到体育大道、政府东西路和王城大道应用进口动态GPS完成的控制测量，控制点的平面坐标精度均能满足《城市测量规范》的要求，但高程精度大部分超过规范要求，需要采用水准仪进行常规连测。发表论文
(3)GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标(包括高程)的，因此任何可能影响信号接收的情况发生时，所测定的点位坐标都可能产生误差。为此，在选择测量点位时应注意以下几点：①点位视野开阔，向上45度视角范围内没有任何障碍物；②远离大功率无线电发射源，间距不小于400米，远离高压输电线路，间距不小于200米：③远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。
(4)GPS测量更适用于视野开阔、无不良障碍物的新区建设和野外勘探定位等。在老城区的建设中，使用GPS测量，或者根本接收不到信号，或者虽接收到信号，但一直处于浮动状态，不能固定，或者出现假固定，要么根本不能读出数据，要么虽读出了数据，但往往误差较大，这样做既无效率，又无精度，根本显示不了GPS的优越性。在王城大道建设工程中，开始计划采用美国天宝GPS进行测量的，但由于施测过程不顺利，最后只好配合日本拓普康(TOPCON CTS一2)全站仪和拓普康(TOPCON AT一2)水准仪采用常规手段进行测量。发表论文
(5)GPS测量成果与常规测量成果之间，不同型号GPS测量成果之间存在误差，有时误差还比较大。在洛阳市洛南新区建设中，作为全市工程建设的基准，洛阳市规划院测量队采用常规手段逐步完成了整个洛南建设区域的控制点布设。根据工作需要，先后采用4家的GPS进行了工程测量，在施工和其它工程的建设中发现，这5组成果之间存在一定的误差，个别误差还比较大。误差原因是如何造成的?在以后的工作中，需要做进一步的探讨。

结束语

通过GPS在测量中的应用,得到如下体会。
GPS控制网选点灵活,布网方便,基本不受通视、网形的限制,特别是在地形复杂、通视困难的测区,更显其优越性。但由于测区条件较差,边长较短(平均边长不到300m),基线相对精度较低,个别边长相对精度大于1/10 000。因此,当精度要求较高时,应避免短边,无法避免时,要谨慎观测。
GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化,且观测时间在不断减少,大大降低了作业的强度,观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于各别点的选定受地形条件限制,造成树木遮挡,影响对卫星的观测及信号的质量,经重测后通过。因此,应严格按有关要求选点,择最佳时段观测,并注意手机、步话机等设备的使用。