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【摘要】全球卫星定位系统GPS是利用GPS定位卫星在全球范围内实时进行定位、导航的系统。但随着科技的发展，GPS越来越多的用于民用工程。本文将主要介绍GPS的组成、技术特性，以及在工程中的应用技术。
【关键字】GPS;工程测量;技术应用
中图分类号：E271文献标识码： A
一、前言
随着技术的不断完善，GPS正在向更宽广的领域发展，特别是RTK（实时动态测量系统）的出现，给测绘技术带来了一场深刻的革命。同时，由于GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性，并且具有良好的抗干扰性和保密性。加强对其应用探讨具有十分重要的意义。
二、GPS系统的组成
全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国国防部为其军事需要而研制的全球性的卫星导航与定位系统，由3大部分组成。
1、空间部分(GPS卫星及其星座)
由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星所组成，记作(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道平面内有4颗卫星运行，距地面的平均高度为20 200 km。6个轨道平面相对于地球赤道面的倾角为55。，各轨道面之间交角为60。，每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90。，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30。。当地球自转360。时，卫星绕地球运行2圈，每12 h环绕地球运行1周。观测者至少能观测到4颗卫星，最多可观测到11颗卫星。
2、地面控制部分地面控制部分
由1个设立在美国本土的主控站，3个分设在大西洋、印度洋、太平洋美国空军基地上的注入站，5个分设在夏威夷、主控站、注入站的监测站组成。
3、户设备部分
用户设备主要是GPS信号接收机，该机是由天线、微处理机及其终端设备、电源等硬件和支持接收机硬件实现其功能、完成导航和定位的软件组成。接收设备的主要功能就是测量GPS信号，获取必要的信息和需要的观测量，通过数据处理完成导航和定位任务。
三、GPS测量的技术特性
作为目前最新空间定位技术的全球卫星定位系统GPS(Global positioning system)，在精密二T：程测量定位方面，其技术点主要表现在以下几个方面：
1、区域范围小，网中基线边短，一般不超过5 km，同时工作的GPS接收机的卫星信号具有基本相同的误差特性，如卫星钟差及对流层、电离层折射误差等，通过差分解算，这些公共误差能够在很大程度上得到抵消。只需经过合理的观测方案设计，就能得到高精度的观测成果。
2、采用精密卫星星历。使用精密卫星星历是精密定位的基础。它使得被调制在Ll载波上的包含GPS卫星轨道参数、卫星轨道信息等多种信号分量，能够取得更为精确的观测值，减少测量误差。
3、易于取得很高的相对精度。在WGS一84坐标下，GPS测量能取得极高的相对精度，其基线向量的相对精度可达到10-5～10-5，如果观测方法得当，加上一定的数据处理方法，经网平差以后，GPS点的相对定位精度可以到毫米级甚至亚毫米级，满足精密工程测量的精度要求。
4、不要求通视，工作点选择灵活。常规测量方法要求相邻观测工作点之间互相通视，使工作站点选择受到丁程条件的限制和制约，有时不得不增加连接点，加大了工作量，也会降低精度，在GPS测量中，无需考虑站点间的相互通视，增强了T作点选择的灵活性。
5、自动化程度高，可实现全天候自动观测。GPS系统是一种单程系统，一般用户只需接收GPS卫星发射的信号，信号接收可以昼夜观测，有雾、小雨等常规测量不能观测的条件也不受影响。另外GPS外业观测操作简单，信号的内业处理主要由计算机自动完成，具有低成本、高效率和自动化的多重优势。
四、GPS-RTK技术的应用
目前在基础测绘方面，GPS—RTK成为工程人员首要的选择。其能够克服GPS的作业时间长、数据需要进行内业处理等缺点，具有全天候、高精度、无需光学通视的特点，而且还可以为测量提供实时的定位结果，可以说GPS—RTK这一新成果的应用拓展是测量方法的又一重大突破，这项技术被人们称为“GPS全站仪”。
1、RKT基本原理
GPS—RTK定位技术基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标中的三位定位结果，并能达到厘米级精度。实时动态载波相位差分GPS系统由基站、数据通讯链流动站以及支持动态差分的软件系统共同组成。基准站接收机设在位置点上(已知点或未知点)，连续接收可视GPS卫星信号，通过基准站电台(数据通讯链)将测站点坐标、载波相位观测数值、伪距观测数值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等发出，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同事接收来自基准站的数据链。通过差分处理求解载波相位整周模糊度，得到基准站和流动站之间的坐标差值△X、△Y、△Z坐标差加上基准站坐标就可以得到流动站的WGS84坐标，再通过坐标转换得到流动站每个测点的地方坐标系的平面坐标x、闸高程坐标h。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，其定位时要求基准站的接收机通过民用电台或无线通讯网络实时地把相位观测值、伪距观测值及已知数据有传输给流动站接收机。基准站一般架设在已知点上，点位通常位于测区中心，要求视野开阔，周围无高大障碍物，远离电磁信号和大面积水面。
2、工程应用
(1)控制测量
工程控制网在建设工程有重要作用，它是工程建设、管理和维护的基础，其网型和精度要求与建设工程项目的性质、规模等密切相关。一般而言，四等以下工程控制网覆盖面积小，点位密度大，精度要求较高。传统方法采用三角网、导线网来实施，其大多数需要分段测量，有精度分布不均匀、不能实时知道实测精度等缺点，由于客观及主观原因，往往会造成大量的返工，费工费时。RTK技术可以代替全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的情况下测定无积累误差的图根点，使测图所需的根点数量在满足要求时，可多可少，机动灵活，而且流动点至参考点的距离可达到10km，能够减少传递。RTK技术用于常规工程测量具有很大优越性。
(2)工程放样
工程放样是测量的一个应用分支，要求通过一定方法利用测绘仪器把设计好的点位在实地标出来传统放样方法很多，如经纬仪交汇放样、全站仪边角放样等。工程实际中，一般要放样出一个设计点的点位往往要来回移动目标，而且通常要几人同时作业，效率低下且在放样过程中对通视条件有要求。若采用RTK技术，仅需要一个工作人员将设计好的实点位坐标、曲线转角、半径等点位信息输入到电子手薄中，拿着GPS接收机便能完成工作。采用RTK技术进行放样、标定点位，是坐标的直接标定，不像常规放样，需要后视方向，其原理是解析法标定，因而具有迅疾、方便、精准等诸多优点。
(3)地形碎部测量
地形测图时首先要在测区建立图根和控制点，然后架设仪器，采用经纬仪配合全站仪和电子手薄一起进行地物编码。在城市空旷地区、建筑物不太稠密的住宅区等通透地方，RTK能迅速地完成碎部测量作业。在夜间作业，比传统测量作业方便很多。在市区中心等建筑物稠密地段，有时GPS会出现盲区，导致初始化时间长或是失锁，影响测量速度，可采用RTK增补图根导线点，配合其他仪器进行碎部測量。这样可以大大提高工作效率。采用RTK测图时，将GPS接收机放在待定特征点上数秒钟，并输入特征编码，通过手薄可以实时知道点位精度，把一个区域测绘完成回到室内，有专业的软件接口就可以输出所要求的地形图。采用RTK配合电子手薄还可以测量各种比例尺的铁路线带、公路管线地形图等，也有其配合测探仪用于水库地形图和航海海洋测绘的例证。
五、结束语
随着我国经济和科技的发展，我国的工程建设也处在巨大的发展时期，GPS特别是GPS-RTK在工程测量中的应用，减少了冗余观测，提高了工作效率。其在工程测量的应用正变的越来越频繁，因而GPS-RTK技术在工程测量领域有广阔的应用前景，应大力发展GPS-RTK技术。
参考文献
[1]徐勇．浅议GPSI程测量技术的原理[J]．科技论坛，2010(5)：l-14．
[2]陈文彬．基于GPS的工程测量技术研究与应用[J]．安阳工学院学报，2010(3)：1．8．
[3]张正禄 . 工程测量学的发展现状和趋势［J］. 武汉测绘科技大学学报，1999（增刊）.
[4]GB／T 18318—2001，全球卫星定位系统(GPS)测量规范[s]．
【关键字】GPS;工程测量;技术应用
中图分类号：E271文献标识码： A
一、前言
随着技术的不断完善，GPS正在向更宽广的领域发展，特别是RTK（实时动态测量系统）的出现，给测绘技术带来了一场深刻的革命。同时，由于GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性，并且具有良好的抗干扰性和保密性。加强对其应用探讨具有十分重要的意义。
二、GPS系统的组成
全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国国防部为其军事需要而研制的全球性的卫星导航与定位系统，由3大部分组成。
1、空间部分(GPS卫星及其星座)
由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星所组成，记作(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道平面内有4颗卫星运行，距地面的平均高度为20 200 km。6个轨道平面相对于地球赤道面的倾角为55。，各轨道面之间交角为60。，每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90。，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30。。当地球自转360。时，卫星绕地球运行2圈，每12 h环绕地球运行1周。观测者至少能观测到4颗卫星，最多可观测到11颗卫星。
2、地面控制部分地面控制部分
由1个设立在美国本土的主控站，3个分设在大西洋、印度洋、太平洋美国空军基地上的注入站，5个分设在夏威夷、主控站、注入站的监测站组成。
3、户设备部分
用户设备主要是GPS信号接收机，该机是由天线、微处理机及其终端设备、电源等硬件和支持接收机硬件实现其功能、完成导航和定位的软件组成。接收设备的主要功能就是测量GPS信号，获取必要的信息和需要的观测量，通过数据处理完成导航和定位任务。
三、GPS测量的技术特性
作为目前最新空间定位技术的全球卫星定位系统GPS(Global positioning system)，在精密二T：程测量定位方面，其技术点主要表现在以下几个方面：
1、区域范围小，网中基线边短，一般不超过5 km，同时工作的GPS接收机的卫星信号具有基本相同的误差特性，如卫星钟差及对流层、电离层折射误差等，通过差分解算，这些公共误差能够在很大程度上得到抵消。只需经过合理的观测方案设计，就能得到高精度的观测成果。
2、采用精密卫星星历。使用精密卫星星历是精密定位的基础。它使得被调制在Ll载波上的包含GPS卫星轨道参数、卫星轨道信息等多种信号分量，能够取得更为精确的观测值，减少测量误差。
3、易于取得很高的相对精度。在WGS一84坐标下，GPS测量能取得极高的相对精度，其基线向量的相对精度可达到10-5～10-5，如果观测方法得当，加上一定的数据处理方法，经网平差以后，GPS点的相对定位精度可以到毫米级甚至亚毫米级，满足精密工程测量的精度要求。
4、不要求通视，工作点选择灵活。常规测量方法要求相邻观测工作点之间互相通视，使工作站点选择受到丁程条件的限制和制约，有时不得不增加连接点，加大了工作量，也会降低精度，在GPS测量中，无需考虑站点间的相互通视，增强了T作点选择的灵活性。
5、自动化程度高，可实现全天候自动观测。GPS系统是一种单程系统，一般用户只需接收GPS卫星发射的信号，信号接收可以昼夜观测，有雾、小雨等常规测量不能观测的条件也不受影响。另外GPS外业观测操作简单，信号的内业处理主要由计算机自动完成，具有低成本、高效率和自动化的多重优势。
四、GPS-RTK技术的应用
目前在基础测绘方面，GPS—RTK成为工程人员首要的选择。其能够克服GPS的作业时间长、数据需要进行内业处理等缺点，具有全天候、高精度、无需光学通视的特点，而且还可以为测量提供实时的定位结果，可以说GPS—RTK这一新成果的应用拓展是测量方法的又一重大突破，这项技术被人们称为“GPS全站仪”。
1、RKT基本原理
GPS—RTK定位技术基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标中的三位定位结果，并能达到厘米级精度。实时动态载波相位差分GPS系统由基站、数据通讯链流动站以及支持动态差分的软件系统共同组成。基准站接收机设在位置点上(已知点或未知点)，连续接收可视GPS卫星信号，通过基准站电台(数据通讯链)将测站点坐标、载波相位观测数值、伪距观测数值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等发出，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同事接收来自基准站的数据链。通过差分处理求解载波相位整周模糊度，得到基准站和流动站之间的坐标差值△X、△Y、△Z坐标差加上基准站坐标就可以得到流动站的WGS84坐标，再通过坐标转换得到流动站每个测点的地方坐标系的平面坐标x、闸高程坐标h。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，其定位时要求基准站的接收机通过民用电台或无线通讯网络实时地把相位观测值、伪距观测值及已知数据有传输给流动站接收机。基准站一般架设在已知点上，点位通常位于测区中心，要求视野开阔，周围无高大障碍物，远离电磁信号和大面积水面。
2、工程应用
(1)控制测量
工程控制网在建设工程有重要作用，它是工程建设、管理和维护的基础，其网型和精度要求与建设工程项目的性质、规模等密切相关。一般而言，四等以下工程控制网覆盖面积小，点位密度大，精度要求较高。传统方法采用三角网、导线网来实施，其大多数需要分段测量，有精度分布不均匀、不能实时知道实测精度等缺点，由于客观及主观原因，往往会造成大量的返工，费工费时。RTK技术可以代替全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的情况下测定无积累误差的图根点，使测图所需的根点数量在满足要求时，可多可少，机动灵活，而且流动点至参考点的距离可达到10km，能够减少传递。RTK技术用于常规工程测量具有很大优越性。
(2)工程放样
工程放样是测量的一个应用分支，要求通过一定方法利用测绘仪器把设计好的点位在实地标出来传统放样方法很多，如经纬仪交汇放样、全站仪边角放样等。工程实际中，一般要放样出一个设计点的点位往往要来回移动目标，而且通常要几人同时作业，效率低下且在放样过程中对通视条件有要求。若采用RTK技术，仅需要一个工作人员将设计好的实点位坐标、曲线转角、半径等点位信息输入到电子手薄中，拿着GPS接收机便能完成工作。采用RTK技术进行放样、标定点位，是坐标的直接标定，不像常规放样，需要后视方向，其原理是解析法标定，因而具有迅疾、方便、精准等诸多优点。
(3)地形碎部测量
地形测图时首先要在测区建立图根和控制点，然后架设仪器，采用经纬仪配合全站仪和电子手薄一起进行地物编码。在城市空旷地区、建筑物不太稠密的住宅区等通透地方，RTK能迅速地完成碎部测量作业。在夜间作业，比传统测量作业方便很多。在市区中心等建筑物稠密地段，有时GPS会出现盲区，导致初始化时间长或是失锁，影响测量速度，可采用RTK增补图根导线点，配合其他仪器进行碎部測量。这样可以大大提高工作效率。采用RTK测图时，将GPS接收机放在待定特征点上数秒钟，并输入特征编码，通过手薄可以实时知道点位精度，把一个区域测绘完成回到室内，有专业的软件接口就可以输出所要求的地形图。采用RTK配合电子手薄还可以测量各种比例尺的铁路线带、公路管线地形图等，也有其配合测探仪用于水库地形图和航海海洋测绘的例证。
五、结束语
随着我国经济和科技的发展，我国的工程建设也处在巨大的发展时期，GPS特别是GPS-RTK在工程测量中的应用，减少了冗余观测，提高了工作效率。其在工程测量的应用正变的越来越频繁，因而GPS-RTK技术在工程测量领域有广阔的应用前景，应大力发展GPS-RTK技术。
参考文献
[1]徐勇．浅议GPSI程测量技术的原理[J]．科技论坛，2010(5)：l-14．
[2]陈文彬．基于GPS的工程测量技术研究与应用[J]．安阳工学院学报，2010(3)：1．8．
[3]张正禄 . 工程测量学的发展现状和趋势［J］. 武汉测绘科技大学学报，1999（增刊）.
[4]GB／T 18318—2001，全球卫星定位系统(GPS)测量规范[s]．