GPS全球定位系統作為新形式測量系統，已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個(gè)方面。GPS全球定位系統（GlobalPositioningSystem）在公路工程測量中的應用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴(lài)于GPS系統可以向全球任何用戶(hù)全天候地連續提供高精度的三維坐標、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數。

　　0引言

　　GPS全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，除此之外，測量用戶(hù)當然還應有衛星接收設備。

　�、倏臻g衛星群GPS的空間衛星群由24顆高約20萬(wàn)公里的GPS衛星群組成，并均勻分布在6個(gè)軌道面上，各平面之間交角為60°，軌道和地球赤道的傾角為55°，衛星的軌道運行周期為11小時(shí)58分，這樣可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線(xiàn)以上可以接收4到11顆GPS衛星發(fā)送出的信號。

　�、贕PS的地面控制系統GPS的地面控制系統包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監測站，主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀(guān)測數據計算衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等并將這些數據通過(guò)注入站注入到衛星中去；同時(shí)還對衛星進(jìn)行控制，向衛星發(fā)布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計算的數據注入到衛星中去。GPS地面控制系統主要設立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。

　�、跥PS的用戶(hù)部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶(hù)設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛星發(fā)出的信號，利用信號進(jìn)行導航定位等。

　　1GPS定位原理

　　GPS系統是一種采用距離交會(huì )法的衛星導航定位系統。在需要的位置p點(diǎn)架設GPS接收機，在某一時(shí)刻ti同時(shí)接收了三顆（a、b、c）以上的GPS衛星所發(fā)出的導航電文，通過(guò)一系列數據處理和計算可求得該時(shí)刻GPS接收機至GPS衛星的距離sap、sbp、scp，同樣通過(guò)接收衛星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛星在空間的位置（三維坐標）。從而用距離交會(huì )的方法求得p點(diǎn)的維坐標（xp，yp，zp），其數學(xué)式為：

　　sap2=[（xp-xa）2+（yp-ya）2+（zp+za）2]

　　sbp2=[（xp-xb）2+（yp-yb）2+（zp+zb）2]

　　scp2=[（xp-xc）2+（yp-yc）2+（zp+zc）2]

　　式中（xa，ya，za），（xb，yb，zb），（xc，yc，zc）分別為衛星a，b，c在時(shí)刻ti的空間直角坐標。

　　在GPS測量中通常采用兩類(lèi)坐標系統，一類(lèi)是在空間固定的坐標系統，另一類(lèi)是與地球體相固聯(lián)的坐標系統，稱(chēng)地固坐標系統，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標系統。有利于表達地面控制點(diǎn)的位置和處理GPS觀(guān)測成果，因此在測量中被廣泛的應用。

　　2GPS測量的技術(shù)特點(diǎn)

　　2.1測站之間無(wú)需通視測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

　　2.2定位精度高一般雙頻GPS接收機基線(xiàn)解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱(chēng)精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著(zhù)距離的增長(cháng)，GPS測量?jì)?yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗證明，在小于50公里的基線(xiàn)上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100～500公里的基線(xiàn)上可達10-6～10-7。

　　2.3觀(guān)測時(shí)間短采用GPS布設控制網(wǎng)時(shí)，每個(gè)測站上的觀(guān)測時(shí)間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀(guān)測時(shí)間更短。例如使用接收機的rtk法可在5s以?xún)惹蟮脺y點(diǎn)坐標。

　　2.4提供三維坐標GPS測量在精確測定觀(guān)測站平面位置的同時(shí)，可以精確測定觀(guān)測站的大地高程。

　　2.5操作簡(jiǎn)便GPS測量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀(guān)測人員只需將天線(xiàn)對中、整平，量取天線(xiàn)高打開(kāi)電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀(guān)測，利用數據處理軟件對數據進(jìn)行處理即求得測點(diǎn)三維坐標。而其它觀(guān)測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀(guān)測等均由儀器自動(dòng)完成。

　　3GPS衛星定位系統在工程測量中的應用

　　3.1GPS測量的技術(shù)設計

　�、僭O計依據。GPS測量的技術(shù)設計主要依據1999年建設部發(fā)布的行業(yè)標準《城市測量規范》、1997年建設部發(fā)布的行業(yè)標準《全球定位系統城市測量技術(shù)規程》及工程測量合同有關(guān)要求制定的。

　�、谠O計精度。根據工程需要和測區情況，選擇城市或工程二級GPS網(wǎng)作為測區首級控制網(wǎng)。要求平均邊長(cháng)小于1km，最弱邊相對誤差小于1/10000，GPS接收機標稱(chēng)精度的固定誤差a≤15mm，比例誤差系數b≤20×10－6。

　�、墼O計基準和網(wǎng)形�？刂凭W(wǎng)共12個(gè)點(diǎn)，其中聯(lián)測已知平面控制點(diǎn)2個(gè)，高程控制點(diǎn)5個(gè)。采用3臺GPS接收機觀(guān)測，網(wǎng)形布設成邊連式。

　�、苡^(guān)測計劃。根據GPS衛星的可見(jiàn)預報圖和幾何圖形強度（空間位置因子PDOP），選擇最佳觀(guān)測時(shí)段（衛星多于4顆，且分布均勻，PDOP值小于6），并編排作業(yè)調度表。

　　3.2GPS測量的外業(yè)實(shí)施

　�、龠x點(diǎn)。GPS測量測站點(diǎn)之間不要求一定通視，圖形結構也比較靈活，因此，點(diǎn)位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性，并顧及后續測量，選點(diǎn)時(shí)應著(zhù)重考慮：

　　a.每點(diǎn)最好與某一點(diǎn)通視，以便后續測量工作的使用；

　　b.點(diǎn)周?chē)�高度�?5°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收；

　　c.點(diǎn)位要遠離大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源、高壓電線(xiàn)等，以免電磁場(chǎng)對信號的干擾；

　　d.點(diǎn)位應選在視野開(kāi)闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方，以便觀(guān)測和日后使用；

　　e.選點(diǎn)結束后，按要求埋設標石，并填寫(xiě)點(diǎn)之記。

　�、谟^(guān)測。根據GPS作業(yè)調度表的安排進(jìn)行觀(guān)測，采取靜態(tài)相對定位，衛星高度角15°，時(shí)段長(cháng)度45min，采樣間隔10s.在三個(gè)點(diǎn)上同時(shí)安置三臺接收機天線(xiàn)（對中、整平、定向），量取天線(xiàn)高，測量氣象數據，開(kāi)機觀(guān)察，當各項指標達到要求時(shí)，按接收機的提示輸入相關(guān)數據，則接收機自動(dòng)記錄，觀(guān)測者填寫(xiě)測量手簿。

　　通過(guò)以上分析，GPS系統在工程測量上將有很大的發(fā)展空間，為工程施工質(zhì)量提供了有利的保障。