GPS在工程測量中的應用
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1 GPS簡介
1．1 GPS構成
GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成。
（1）GPS空間衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道平面的傾角為55°，衛星的平均高度為20 200 km，運行周期為11 h 58 min。衛星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續不斷地發送導航定位信號，導航定位信號中含有衛星的位置信息，使衛星成為一個動態的已知點。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顆衛星，最多可達到9顆。
（2）GPS地面監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測站組成。主控站根據各監 測站對GPS衛星的觀測數據，計算各衛星的軌道參數、鐘差參數等，并將這些數據編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發來的導航電文注入到相應衛星的存儲器中。
（3）GPS用戶設備由GPS接收機、數據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星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤衛星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，經基線解算、網平差，求出GPS接收機中心（測站點）的三維坐標。
1．2 GPS定位原理
GPS定位是根據測量中的距離交會定點原理實現的［2］。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）衛星S1、S2、S3所發出的信號。通過數據處理和計算，可求得該時刻接收機天線中心（測站點）至衛星的距離ρ1、ρ2、ρ3。根據衛星星歷可查到該時刻3顆衛星的三維坐標（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）：
1．3 GPS測量的特點
相對于常規測量來說，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測量，在小于50 km的基線上，其相對定位精度可達1×10－6，在大于1 000 km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，靜態相對定位每站僅需20 min左右，動態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，接收機即可進行自動觀測和記錄。
⑤全天候作業。GPS衛星數目多，且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點連續進行觀測，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66．7 hm2多，屬兩山夾一溝地形，山地面積約占三分之二。最高處約90 m。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。考慮到工程復雜，工期較緊，測區通視困難，地形起伏大等因素，決定采用GPS測量。
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