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摘要：GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称。1964年投入使用，1994年全球覆盖率高达98%。随着GPS的出现和完善，GPS测量技术也随之出现和不断发展，为工程测绘工作提供了一个崭新的定位测量手段，这是测绘工作方式的一次根本性的变革，大大提高了工程测绘的工作效率、拓广了工程测绘的服务范围。本文介绍了GPS定位系统的特点、应用原理及应用实践。
关键词：GPS；工程测绘；坐标转换；投影变形：定位技术
中图分类号：P228文献标识码： A
随着科学技术的不断进步和发展，GPS系统得以建立和完善。与其同时，随着GPS系统在国内民用市场的推广和普及。使得我国测绘工作者在工程测绘工作拥有了一个崭新的定位测量手段。GPS定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点，因而在城市测量与工程控制网的建立、更新与改造中得到了日益广泛的应用。应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于桥梁工程、隧道与管道工程、海峡与地铁贯通工程以及精密设备安装工程等；布设变形监测控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测等；应用GPS实时动态定位技术进行各种工程测量如道路施工放样，桥梁、高层建筑物的动态监测。
1 GPS定位系统的特点
GPS定位系统的特点主要有：定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、仪器操作简便、全球全天候定位、可提供全球统一的三维地心坐标等特点。具体表现为：①定位精度高，总所周知，高精度定位是GPS定位系统的几大特点之一，GPS测量基线的精度已经由过去的提高到 ，而GPS静态相对定位的精度也提高到了毫米级甚至亚毫米级，尤其是高程精度也达到了毫米级。GPS实时动态定位精度也有显著性的突破，可以达到厘米级的定位精度，可以满足各种工程测量的要求。大型建筑物、构筑物变形监测，在采用特殊的观测措施、精密星历和适当的数据处理模型和软件后，平面精度可达亚毫米级，高程精度可稳定在1mm左右。②观测时间短，随着GPS系统的不断完善，软件水平的不断提高，观测时间已由以前的几小时缩短至现在的几十分钟，甚至几分鐘，目前采用静态相对定位模式，观测20km以内的基线所需观测时间，对于双频接收机仅需15～20min；采用快速静态相对定位模式，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min；采取实时动态定位模式，流动站出发时观测l～2min进行动态初始化，然后可随时定位，每站观测仅需几秒钟。因而用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。③测站间无需通视，经典测量技术均有严格的通视要求，必须建造大量的规标，这给经典测量的实施带来了相当的困难。GPS测量只要求测站上空开阔，与卫星间保持通视即可，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造规标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间(一般招标费用约占总经费的30～50％)，同时也使选点工作变得非常灵活，完全可以根据工作的需要来确定点位位置，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。④仪器操作简便，随着GPS接收机的不断改进，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。在观测中测量员的主要任务只是安置仪器，连接电缆线，量取天线高和设置气象数据，监视仪器的工作状态，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束测量时，仅需关闭电源，收好接收机，便完成了野外数据采集任务。⑤全球全天候定位，GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了全球地面被连续覆盖，使得地球上任何地方的用户在任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，可以随时进行全球全天候的各项观测工作，一般除打雷闪电不宜观测外，其它天气(如阴雨下雪、起风下雾等)均不受影响，这是经典测量手段望尘莫及的。这一特点保证了GPS测量的连续性和自动化。
⑥可提供全球统一的三维地心坐标，工程使用中需要将三维的GPS基线向量观测值及其方差阵投影转换到工程坐标系的二维平面上，即将GPS基线网投影变换成工程使用测量控制网。其转换的核心是使GPS基线向量网与常规地面网测量控制点原点重合，起始方向一致。为便于工程使用，要求由转换的控制点坐标直接反算的边长与实地量得的边长，在长度GPS在工程测绘上的应用与发展上应该相等，即由归算投影改正而带来的变形或改正数，不得大于工程各阶段的精度要求。
2 坐标转换时的投影变形
工程测量是在地面上进行的，而大地计算是在参考椭球面上进行的，因此，必须把地面上的观测值换算到椭球参考面上。地面观测值是以水平面和铅垂线为基准，要将地面观测值换算到椭球参考面上，就必须对观测值加以改正工程测量中的长度变形。
在工程建设地区(如公路、铁路、管线、大型厂矿)布设测量控制网时，其成果不仅要满足地形图测量的需要，而且还应满足一般工程放样的需要。在线路测量中，总是要将测得的数据经计算再放到实地，而施工放样时要求控制网由坐标反算的长度与实测的长度较差满足相关规范的要求，但国家坐标系的成果很难满足这样的要求，这是因为国家坐标系每个投影带(高斯投影)都是按一定的间隔(60或30)划分，由西向东有规律地分布。由于每项工程的建设地区不同，且国家坐标系统的高程归化面是参考椭球面，各地区的地面位置与参考椭球面都有一定的距离，这两项将产生高斯投影变形改正和高程归化改正，经过这两项改正后的长度不可能与实测的长度相等。
建立独立坐标系的主要目的就是为了减小高程归化与投影变形产生的影响，因此必须将它们控制在一个微小的范围内，使计算出来的长度在实际利用时(如工程放样)不需要做任何改算。
3 GPS技术在工程测绘方面上的应用与发展
GPS对于经典的测绘领域是一次重大的技术突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革，另一方面，也进一步加强了测量学科与其它学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。因此它的出现吸引了世界各国众多科学家的广泛兴趣和普遍关注，也导致了测绘行业发生了根本性的变革。
在工程测量方面，建立区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，各种GPS工程网以及GPS综合服务网等，这类网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网，即应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。这类网的特点是控制区域有限(或一个市或一个地区)，边长短(一般从几百米到20km)，观测时间短(从快速静态定位的几分钟至一两个小时)，精度要求高，使用频繁，其主要任务是直接为国民经济建设服务。
GPS用于工程测量的主要目的是测取观测点的坐标，根据精度要求不同、作业模式不同和仪器不同，有静态作业模式和动态作业模式。但是，不同工程项目起算点的基本情况不同，计算过程中应剔去粗差部分并力求灵活应用。另外，我们可以看出通过这种方法求得的坐标可能与当地坐标存在一定的间隙，工程项目的辅助设施与外部衔接时应引起注意。
4 结束语
科学技术的不断发展，促进新的测绘技术不断进步，而GPS测量技术的应用和发展已经早已成熟，并已广泛地应用于国民经济的各种建设工程中。充分利用GPS技术具有的在特定情况下不受通视、气候、白昼等条件的限制的特点，从而科学有效的完成测量工作，提高测量工作的效率，降低劳动的强度。
参考文献
[1]黄利华．线路测量中长度变形的分析【J】．企业科技与发展，2009，(2)
关键词：GPS；工程测绘；坐标转换；投影变形：定位技术
中图分类号：P228文献标识码： A
随着科学技术的不断进步和发展，GPS系统得以建立和完善。与其同时，随着GPS系统在国内民用市场的推广和普及。使得我国测绘工作者在工程测绘工作拥有了一个崭新的定位测量手段。GPS定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点，因而在城市测量与工程控制网的建立、更新与改造中得到了日益广泛的应用。应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于桥梁工程、隧道与管道工程、海峡与地铁贯通工程以及精密设备安装工程等；布设变形监测控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测等；应用GPS实时动态定位技术进行各种工程测量如道路施工放样，桥梁、高层建筑物的动态监测。
1 GPS定位系统的特点
GPS定位系统的特点主要有：定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、仪器操作简便、全球全天候定位、可提供全球统一的三维地心坐标等特点。具体表现为：①定位精度高，总所周知，高精度定位是GPS定位系统的几大特点之一，GPS测量基线的精度已经由过去的提高到 ，而GPS静态相对定位的精度也提高到了毫米级甚至亚毫米级，尤其是高程精度也达到了毫米级。GPS实时动态定位精度也有显著性的突破，可以达到厘米级的定位精度，可以满足各种工程测量的要求。大型建筑物、构筑物变形监测，在采用特殊的观测措施、精密星历和适当的数据处理模型和软件后，平面精度可达亚毫米级，高程精度可稳定在1mm左右。②观测时间短，随着GPS系统的不断完善，软件水平的不断提高，观测时间已由以前的几小时缩短至现在的几十分钟，甚至几分鐘，目前采用静态相对定位模式，观测20km以内的基线所需观测时间，对于双频接收机仅需15～20min；采用快速静态相对定位模式，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min；采取实时动态定位模式，流动站出发时观测l～2min进行动态初始化，然后可随时定位，每站观测仅需几秒钟。因而用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。③测站间无需通视，经典测量技术均有严格的通视要求，必须建造大量的规标，这给经典测量的实施带来了相当的困难。GPS测量只要求测站上空开阔，与卫星间保持通视即可，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造规标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间(一般招标费用约占总经费的30～50％)，同时也使选点工作变得非常灵活，完全可以根据工作的需要来确定点位位置，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。④仪器操作简便，随着GPS接收机的不断改进，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。在观测中测量员的主要任务只是安置仪器，连接电缆线，量取天线高和设置气象数据，监视仪器的工作状态，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束测量时，仅需关闭电源，收好接收机，便完成了野外数据采集任务。⑤全球全天候定位，GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了全球地面被连续覆盖，使得地球上任何地方的用户在任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，可以随时进行全球全天候的各项观测工作，一般除打雷闪电不宜观测外，其它天气(如阴雨下雪、起风下雾等)均不受影响，这是经典测量手段望尘莫及的。这一特点保证了GPS测量的连续性和自动化。
⑥可提供全球统一的三维地心坐标，工程使用中需要将三维的GPS基线向量观测值及其方差阵投影转换到工程坐标系的二维平面上，即将GPS基线网投影变换成工程使用测量控制网。其转换的核心是使GPS基线向量网与常规地面网测量控制点原点重合，起始方向一致。为便于工程使用，要求由转换的控制点坐标直接反算的边长与实地量得的边长，在长度GPS在工程测绘上的应用与发展上应该相等，即由归算投影改正而带来的变形或改正数，不得大于工程各阶段的精度要求。
2 坐标转换时的投影变形
工程测量是在地面上进行的，而大地计算是在参考椭球面上进行的，因此，必须把地面上的观测值换算到椭球参考面上。地面观测值是以水平面和铅垂线为基准，要将地面观测值换算到椭球参考面上，就必须对观测值加以改正工程测量中的长度变形。
在工程建设地区(如公路、铁路、管线、大型厂矿)布设测量控制网时，其成果不仅要满足地形图测量的需要，而且还应满足一般工程放样的需要。在线路测量中，总是要将测得的数据经计算再放到实地，而施工放样时要求控制网由坐标反算的长度与实测的长度较差满足相关规范的要求，但国家坐标系的成果很难满足这样的要求，这是因为国家坐标系每个投影带(高斯投影)都是按一定的间隔(60或30)划分，由西向东有规律地分布。由于每项工程的建设地区不同，且国家坐标系统的高程归化面是参考椭球面，各地区的地面位置与参考椭球面都有一定的距离，这两项将产生高斯投影变形改正和高程归化改正，经过这两项改正后的长度不可能与实测的长度相等。
建立独立坐标系的主要目的就是为了减小高程归化与投影变形产生的影响，因此必须将它们控制在一个微小的范围内，使计算出来的长度在实际利用时(如工程放样)不需要做任何改算。
3 GPS技术在工程测绘方面上的应用与发展
GPS对于经典的测绘领域是一次重大的技术突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革，另一方面，也进一步加强了测量学科与其它学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。因此它的出现吸引了世界各国众多科学家的广泛兴趣和普遍关注，也导致了测绘行业发生了根本性的变革。
在工程测量方面，建立区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，各种GPS工程网以及GPS综合服务网等，这类网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网，即应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。这类网的特点是控制区域有限(或一个市或一个地区)，边长短(一般从几百米到20km)，观测时间短(从快速静态定位的几分钟至一两个小时)，精度要求高，使用频繁，其主要任务是直接为国民经济建设服务。
GPS用于工程测量的主要目的是测取观测点的坐标，根据精度要求不同、作业模式不同和仪器不同，有静态作业模式和动态作业模式。但是，不同工程项目起算点的基本情况不同，计算过程中应剔去粗差部分并力求灵活应用。另外，我们可以看出通过这种方法求得的坐标可能与当地坐标存在一定的间隙，工程项目的辅助设施与外部衔接时应引起注意。
4 结束语
科学技术的不断发展，促进新的测绘技术不断进步，而GPS测量技术的应用和发展已经早已成熟，并已广泛地应用于国民经济的各种建设工程中。充分利用GPS技术具有的在特定情况下不受通视、气候、白昼等条件的限制的特点，从而科学有效的完成测量工作，提高测量工作的效率，降低劳动的强度。
参考文献
[1]黄利华．线路测量中长度变形的分析【J】．企业科技与发展，2009，(2)