试论GPS测量技术

摘要：GPS测量技术以其优异的性能著称，广泛地应用于多个方面， GPS测量技术的发展为观测领域的变革做出了突出的贡献。本文试着对GPS测量技术的特点、GPS测量技术的应用以及造成GPS测量技术的误差来源进行探讨和分析。

关键词：GPS，测量，应用

GPS测量技术是20世纪70年代，由美国陆、海、空军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，其具有良好的抗干扰性和保密性，而且具有全球性、全天候、连续性的精密三维导航与定位能力。GPS测量以其高精度、强灵活性的特点，在国民经济建设各部门得到广泛的应用。

一、GPS测量技术的特点

1、用途广泛。GPS系统应用范围广泛，应用领域也逐步在扩大，其可以用于测量、导航，还能用来测速、测时，而且测速的精度可达0.1m/s。

2、定位精度高。GPS定位技术的发展又一次超越传统测量技术，GPS测量技术的运用实时确定了运动目标的三维位置和速度，保障了运动载体沿预定航线运行，伴随观测技术与数据处理方法的改善，用载波相位观测量进行静态相对定位，在大于1000km的距离上，其相对定位精度可达到或优于10-8， 而在实时动态定位和实时差分定位方面，GPS测量技术的定位精度可达到厘米级和分米级，能够满足各种工程测量的要求。

3、观测时间短

利用GPS技术建立控制网，可以缩短观测时间，提高作业效益。如利用静态相对定位模式，20km以内的基线所需观测时间，单频接收机在1h左右，双频接收机则只需15～20min；而采用实时动态定位模式，流动站初始化观测1～5min后，可随时定位，每站观测仅需几秒钟。

4、观测站之间无需通视

GPS测量控制选点灵活，布网方便，只要求测站15°以上的空间视野开阔，与卫星保持通视即可，并不需要观测站之间相互通视，基本不受通视、网形的限制，如此一来，完全可以根据工作的需要来确定点位，点位的选择也变得更加灵活，如省去一些传算点、过渡点的测量工作，在地形复杂、通视困难的测区表现尤为明显，使得测量工作的经费和时间都大大减少，其优越性不言而喻。

但由于部分地形条件的原因，个别点的选定也会受到相应程度的限制，比如树木的遮挡可能会影响到对卫星的观测及信号的质量。由此观之，在选点时应当严格按照有关要求，选择最佳观测时段，注意各种设备的使用。

5、自动化、智能化

GPS测量的自动化程度很高，接收机观测基本实现了自动化、智能化，对于“智能型”接收机，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束观测时，仅需关闭电源，收好接机，通过网络或其他通讯方式，将所采集的观测数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集与处理，有效地完成野外数据采集任务。这样大大降低了作业的强度，减少了观测时间。

6、可提供三维坐标

GPS可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。GPS定位由全球统一的WGS-84坐标系统中计算而得出，全球不同点的测量成果之间是相互关联的。而且GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度得到保证，求出符合精度要求的控制点三维坐标便不再是个问题。

GPS测量中，在精确测定观测站平面位置的同时，还可以精确测量观测站的大地高程。这样一来，研究大地水准面的形状和确定地面点的高程便有了新的方法和途径，同时对于其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。

8、全天候作业

GPS卫星较多，并且分布均匀，全球地面被连续覆盖得到切实保证，使得在地球上任何地点、任何时候都可以进行观测工作，一般而言，除在雷雨天气不宜进行观测外，GPS测量不受天气状况的影响，可连续作业。

二、GPS测量技术的应用

1、高精度、高效率的地面测量

在大地测量方面，GPS定位技术以其精度高、速度快、省费用、操作简单等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。现如今，用常规测角、测距手段建立的大地控制网已逐渐被GPS定位技术完全取代。

全球或全国性的高精度GPS网中相邻点的距离在数百里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳变形规律等问题。区域性的GPS网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。

在工程测量领域，GPS定位技术在日益发挥其巨大作用。如，利用GPS进行机载航空摄影测量、利用RTK技术进行点位的测设等。在灾害检测领域，GPS可用于地震活跃地区的地震监测、大坝监测、油田下沉、地表移动和沉降监测等，此外还用来测量极移和地球板块运动。

2、GPS在卫星测高、地球重力场中的应用

重力探测技术的重要进展是开创了卫星重力探测时代，GPS为卫星跟踪和卫星重力梯度测量提供了精确的卫星轨道信息和时间信息。其利用卫星海洋测高，直接确定海洋大地水准面及GPS结合水准测量直接测定大陆大地水准面，可获得厘米级地大地水准面。这一重力探测技术的突破，提供了一种可全球覆盖重复采集重力场信息的高效率技术手段。INS/GPS组合系统、INS、重力精化大地水准面是局部重力场逼近的长期目标，也是大地测量应用本身（特别是GPS技术的广泛应用）及研究活动构造地带地壳运动和时变重力场效应的需要。目前，以EGM 96(包括其他较好的地球重力场模型)作为参考模型，同时利用高精度、高分辨率DTM、GPS水准、卫星测高数据、地面重力数据及航空重力数据，在数据覆盖较好的国家或地区以10-6的相对精度和几千米的分辨率确定局部或区域大地水准面已成为现实。空基和星基GPS技术进入实用化阶段。

GPS测量技术具有上述种种优良特性，极大地促进了测量技术的新发展，但GPS测量技术不是万能的，系统本身的特点决定了其在工程测量应用中的某些局限性，误差是不可避免的，应用的场合不同，此种局限性的表现形式也不同。

三、误差来源

误差的大小往往与卫星的位置、待定点的位置、接收机设备、观测的时间、大气环境和地理环境等因素有关，这些误差源对GPS测量的影响也各不相同。影响GPS测量的因素主要包括：卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。

三维坐标的确定通过GPS测量接收卫星播发的信息为依据， GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备等也是影响测量结果的误差因素。在高精度的GPS测量中，与地球整体运动有关的地球潮汐、相对论效应等都是可考虑的相关因素，这些因素是有规律可循的，如果采取措施加以克服甚至消除，或者建立误差改变改正模型对一些观测值进行更正，或选择良好的观测条件，采取恰当合理的观测方法，一些误差还是可以规避的。

小结

综上所述，GPS作业有着极高的精度，其作业不受距离限制、不受人为因素的影响，有种种优良的特性和功能，极大地降低了作业强度，提高了作业效率，大大提高工作及其成果质量。但同时GPS测量也有一定的局限性，在运用GPS测量技术时，要注意趋利避害，采取办法克服不良因素的干扰，将其优势发挥到最优。

参考文献：

［1］北京市测绘设计研究院．CJJ73－97，全球定位系统城市测量技术规程［S］．北京：中国建筑工业出版社，1997

［2］崔信国． GPS在工程测量中的应用研究J，测绘通报．2007（8）

［3］薛明利．GPS技术在施工测量中的应用．甘肃科技，2001年05期