中職學校建筑專業學生掌握使用GPS系統測量的重要性

余去非溫州市城鄉建設職工中等專業學校，浙江溫州 323500

0 引言

對于中職學校建筑專業學生而言，熟練地掌握工程測量是極為重要的。隨著現代科技的不斷發展，新型工程測量方法也不斷涌現，GPS系統測量就是其中較為先進、較為實用的方法。目前，GPS系統已經廣泛應用在了工程測量中。GPS測量原理與應用是中職學校建筑專業的主要專業課之一，它是應用GPS衛星的信號完成測繪工作的，因此技術先進、應用廣泛。GPS定位精度高、速度快，可以做控制測量和碎部測量及放樣等測量工作。中職學校建筑專業學生應該熟練掌握使用GPS系統測量。

1 GPS系統測量概述及特點

全球定位系統Global Positioning System-GPS 作為新一代的衛星導航定位系統，經過20多年的發展，已發展成為一種被廣泛采用的系統。它的應用領域和應用前景已遠遠超出了該系統設計者當初的設想。目前，它在航空、航天、軍事、交通、運輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的領域中，都被作為一項非常重要的技術手段和方法，用來進行導航、定時、定位、地球物理參數測定和大氣物理參數測定等。

作為較早采用GPS 技術的領域，在測量中它最初主要用于高精度大地測量和控制測量，建立各種類型和等級的測量控制網。現在，它除了繼續在這些領域發揮著重要作用外，還在測量領域的其它方面得到充分的應用，如用于各種類型的施工放樣、測圖、變形觀測、航空攝影測量、海測和地理信息系統中地理數據的采集等。尤其是在各種類型的測量控制網的建立這一方面，GPS 定位技術已基本上取代了常規測量手段，成為了主要的技術手段。

2 GPS系統測量的組成部分

2.1 空間部分

GPS的空間部分是由21顆工作衛星組成，它位于距地表20 200km的上空，均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆),軌道傾角為55°。此外，還有3 顆有源備份衛星在軌運行。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛星，并能在衛星中預存的導航信息還可用一段時間，但導航精度會逐漸降低。

2.2 地面控制系統

地面控制系統由監測站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天線(Ground Antenna)所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站負責收集由衛星傳回之信息，并計算衛星星歷、相對距離，大氣校正等數據。

2.3 用戶設備部分

用戶設備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，就可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。

3 GPS系統測量的優點

3.1 定位精度高

應用實踐已經證明，GPS相對定位精度在50km以內可達10～6，100～500km 可達 10～7，1 000km 可達 10～9。在 300～1 500m工程精密定位中，1h以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5 000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm，校差中誤差為0.3mm。

3.2 觀測時間短

隨著GPS系統的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20km以內相對靜態定位，僅需15～20min；快速靜態相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15km以內時，流動站觀測時間只需1～2min，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。

4 中職學校建筑專業學生掌握使用GPS系統測量的精度、密度設計

4.1 GPS測量的精度標準及分級

對于GPS網的精度要求，主要取決于網的用途和定位技術所能達到的精度。精度指標通常是以GPS網相鄰點間弦長標準差來表示，即：

式中：—— 標準差（基線向量的弦長中誤差，mm）；

a —— GPS接收機標稱精度中的固定誤差（mm）；

b —— GPS接收機標稱精度中的比例誤差系數（1×10-6）

d —— 相鄰點間的距離（km）。

根據2001年國家質量技術監督局發布的國家標準《全球定位系統（GPS）測量規范》，將GPS控制網按其精度劃分為AA、A、B、C、D、E6個精度級別。其中，AA級主要用于全球性的地球動力學研究、地殼形變測量和精密定軌；A級主要用于區域性的地球動力學研究和地殼形變測量；B級主要用于局部變形監測和各種精密工程測量； C級主要用于大、中城市及工程測量的基本控制網；D、E級主要用于中、小城市，城鎮及測圖、地籍、土地信息、房產、物探、勘測、建筑施工等控制測量。AA、A級是建立地心參考框架的基礎，同時AA、A、B級也是建立國家空間大地測量控制網的基礎。

4.2 GPS定位的密度設計

相鄰點間最小距離可為平均距離的1/3～1/2倍，最大距離可為平均距離的2～3倍。 在特殊情況下，個別點的間距可也可結合任務和服務對象，對GPS點分布要求做出具體的規定。

5 中職學校建筑專業課程教學內容的基本要求及重點和難點

5.1 全球定位系統的組成及發展

了解GPS衛星的產生與發展過程及其組成部分，掌握GPS定位的基本概念和GPS定位的特點。

5.2 坐標系統與時間系統

了解基本坐標系統間的關系和時間系統在GPS中的重要性，掌握WGS-84的定義。

5.3 衛星運動及其信號

了解GPS接收機的工作原理、分類原則和衛星運動及其軌道，懂得 GPS衛星信號的功能和接收機的性能及其優、缺點。

5.4 GPS靜態定位原理及方法

了解GPS靜態定位的基本原理和衛星在空間的幾何分布對定位精度的影響, 掌握靜態定位的方法和相關的基本概念。

5.5 GPS動態定位原理及方法

了解GPS動態定位的基本原理，掌握動態定位的方法。重點：動態定位的方法。難點：動態定位的基本原理

5.6 GPS測量的誤差

了解GPS測量主要誤差來源于那幾個方面，掌握減弱接收機產生誤差的措施。重點：多路徑誤差的影響。難點：時鐘誤差的影響。

5.7 GPS測量的施實

熟悉GPS測量的外業工作，掌握選點的原則和GPS網的技術設計及其基本網形。重點：選點的原則和GPS網的技術設計。 難點：GPS網的技術設計。

5.8 GPS測量的數據處理

了解數據處理的過程，掌握基線處理和平差的方法。重點：基線處理和平差的方法。難點：觀測成果精度的分析。

6 結論

熟練掌握使用GPS系統測量對于中職學校建筑專業學生的職業技能及創新能力的培養來說，極為重要，值得探討。

[1]徐紹銓,等.GPS測量原理及應用武漢測繪[M].科技大學出版社,2006.

[2]喬仰文,等.GPS衛星定位原理及其在測繪中的應用[M].教育科學出版社,2000.