GPS技术应用浅析

摘要：全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）卫星定位技术随着数字地球概念的深入和发展，不断的改进、完善其硬件和软件，以其全天候、高精度、自动化、高效益的特点，赢得了广大用户的信赖。本文就GPS的基本组成和原理入手，阐述了GPS技术在地震救援、测绘等领域的应用，分析GPS技术的优缺点。

关键词：GPS技术；测绘；应用

Abstract: GPS (Global Positioning System, referred to as the GPS) satellite positioning technology with the deepening and development of the concept of Digital Earth, continuous improvement, improve the hardware and software, with its all-weather, high-precision, automation, high efficiency characteristics to win the trust of customers. In this paper, the basic structure and principle of the GPS on the application of GPS technology in the field of earthquake rescue, mapping, analyzing the advantages and disadvantages of GPS technology.Keywords: GPS technology; Surveying and Mapping; application

中图分类号:P228.4 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

GPS定位系统的组成及定位原理

GPS定位系统由卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面部分)、GPS接收机(用户设备部分)组成。

GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，这样就保证了每个轨道面有4颗卫星，卫星离地高度20200km，轨道倾角为55°，各个轨道平面之间相距60°，在每一轨道平面内，各卫星升交角距相差90°，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30°。

地面监控系统是整个系统的中枢，由5个监测站、1个主控站、3个注入站组成。主要任务是：收集、处理本站和监测站收到的全部资料，完成对GFS卫星信号的实时监测，向每颗卫星提供其编写并播发的导航电文，包括卫星星历(即一系列描述卫星运动及其轨道参数的数据)、卫星钟差和大气修正参数等。

用户设备基本结构包括：主机、天线、电源组成，它的任务是捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对接收到的GPS信号进行处理，以便实时测量出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。

GPS定位原理，类似于传统的后方交会。GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息，用户使用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站的位置。

GPS技术在实际工作中的应用

2.1 GPS在测绘、资源勘探中的应用

这是国内开展GPS定位应用较早的领域，现已建成连续运行的GPS观测站30多个，其中7个纳入国际GPS服务站（IGS）网，全国GPS二级网站布测534点，平均边长约160km，从根本上解决了我国测量使用参考框架的问题，比传统测量方法提高效率三倍以上，费用降低50%。与此相关的还有中国地壳运动观测网，网中包括25个基准站、56个基本站、1000个分布在主要地震带上的区域站，其数据处理结果为全国大地震活动趋势分析提供了新的依据。除了较大范围的GPS网外，我国很多城市还建立了很多小型的GPS网，用于地方建设服务。例如由天津市测绘院主建的VRS基准网络，就是使用GPS实时动态的获取监测数据，通过数据的处理分析，为天津市地面沉降分析、气象预报等提供服务，此外，天津市为监测地面沉降量，特布控了GPS监测网，每年定期使用GPS进行监测，获得各个监测网点的数据，为分析天津市地面沉降提供了科学的数据。

2.2 GPS在地震救援中的应用

以往定位功能对客运企业、物流企业而言，其主要用途是它可以便于企业实时获取车辆运行位置、速度等运行指标，这些数据有助于其对车辆进行调度管理，配合良好的管理机制，可以很好的杜绝车辆超速、串线运营、违规运营等问题。但在四川汶川及青海玉树地震期间同样的定位功能却可以拯救人们的生命。

汶川地震发生后，通讯中断，道路阻塞，外界对震区的情况一无所知，在此情况下隶属四川武警总队的广大官兵冒着生命危险，携带我国自行研制的“北斗一号”导航卫星终端机到达震区，陆续发回了各种具有位置信息的灾情信息，从而使救援人员和决策者能及时掌握地震灾害的程度及其空间分布，决定开展有效的救援和灾后恢复。

例如，载有14名台湾同胞游客的一辆大巴车在地震后与工作人员失去了联系，接报后，成都网阔信息技术有限公司迅速启动GPS定位系统查询，仅用了不到30秒的时间，就锁定了客车的具置。随后，救援人员成功将这14名台湾游客全部救出。另外一辆车牌号为川IR-18901的旅游客车，承载着42名学生和一名教师，也被困在离震中不远的地方，借助所安装的GPS，最后成功获救。

随着GPS技术的更新，它将在地震应急搜救的信息快速获取、应急响应、救援决策、指挥、搜索与营救等救援行动的整个过程中，都有望发挥其强大的功能，从而为地震应急搜救提供坚实的技术支持。

2.3 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。建立的道路勘探、施工控制网和隧道工程控制网等的网型和精度要求与工程项目的性质、规模密切相关。应用GPS技术建立控制网，通常采用载波相位差分技术，以保证达到毫米级精度。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。采用GPS技术， 由于点与点之间不需要通视，可以敷设很长的GPS点构成的三角锁，以保持长距离线路坐标控制的一致性。

2.4 在地形测量中的应用

传统的地形测量是在测区内首先建立图根控制点，然后再用大平板仪或经纬仪结合小平板法测图，现在发展到外业用全站仪野外采集数据，内业利用成图软件成图。这些方法都要求在测站上测地形、地物特征点，对通视要求很高，要求人员较多。若采用动态GPS测量，只要采用对中杆即可，则图根控制速度快，对通视要求也不高，可以边控制边碎部。

2.5 在施工放样中的应用

放样主要是把图上设计的坐标与高程在实地标定出来，它其实是测量坐标的一个反过程。以往主要采用全站仪放样，一般至少需要两人合作，且要求测站点与放样点要通视才行，若不通视，还要进行转站。若附近无控制点，则先引点。现在采用动态GPS进行放样，只要把放样的点坐标输入手簿中，测量员背着GPS接收器，根据其显示提示测量员走到放样点位上，放样像走路一样轻松完成，当然，其精度也较高，各放样点的误差影响也是独立的。

GPS技术在应用中的优缺点

3.1 GPS技术在应用中的优点

3.1.1测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。

3.1.2 观测时间短，定位精度高。采用GPS静态测量时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右；采用动态测量时，只需将对中杆置于待测点一、二秒便可得出误差为厘米级的三维坐标。

3.1.3自动化程度高，操作简便。目前GPS接收机已趋向小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可自动进行观测，求得测点三维坐标。

3.1.4 利用定位技术，能快速确定具置的相关信息。

3.1.5全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

3.2 GPS技术在应用中的缺点

3.2.1 在地下工程、隧道及高大建筑物区域或是距离基站太远等，GPS出现盲区，初始化时间长或失锁，影响测量速度或无法测量。

3.2.2 高程测量时应用GPS定位技术不能直接得到地面点的正常高，而只能得到大地高，确定地面点的正常高，必须要知道地面点的高程异常，这就限制了GPS技术在高程测量方面的作为。

3.2.3 目前由于GPS在救援、指挥、调度等应用领域缺乏技术支持，由此限制了GPS在大灾面前快速、高效的应急救援。

4.结语

GPS技术具有实时、高精度、观测时间短、测站间不需要通视和全天候作业等优点，使得三维坐标的测定变得简单，因此该技术不仅广泛应用于矿山，水利，野外工程，勘测等测绘领域，同时还应用到了交通、农业、救援、娱乐消遣、军事等领域，但GPS技术也存在一些缺点。但我相信随着GPS技术的不断完善和发展，GPS与其它技术的相互融合，将会被应用到更广泛的领域和行业，为人们的生产生活带来方便。