GPS理論與技術及其在地籍測量中的應用

沈陽天衡測繪有限公司 于雪琦

GPS理論與技術及其在地籍測量中的應用

沈陽天衡測繪有限公司 于雪琦

本文簡要介紹了GPS（全球衛星定位系統）理論與技術特點、組成、基本原理方法及其在地籍測量中的應用。

GPS；組成；特點；原理；地籍；應用

0 引言

GPS（全球衛星定位系統）具有進行高精度的、全天候的實時定位能力，既可直接獲取地理信息也可以確定各種傳感器的位置。該系統是以衛星為基礎的無線電導航定位系統，具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的導航、定位和定時的功能，能為各類用戶提供三維坐標、速度和時間，隨著社會的進步和科學的發展，人們也越來越認識到GPS理論和技術的重要性，并已經廣泛地應用在各行各業。

1 GPS系統的組成

GPS系統包括三大部分：即空間部分、地面監控部分、用戶設備部分。

（1）空間部分：GPS系統的空間部分是指GPS工作衛星星座，其由24顆衛星組成，其中21顆工作衛星，3顆備用衛星，均勻分布在6個軌道上。衛星軌道平面與地球赤道面傾角為55°，衛星的平均高度為20 200km，運行周期為12恒星時。同一軌道上的各衛星的升交角距為90°，GPS衛星的上述時空配置，基本保證了地球上任何地點，在任何時刻均至少可以同時觀測到4顆衛星，以滿足地面用戶實時全天候精密導航和定位。由于全球定位系統較好地解決了定位精度、定位速度、定位的可靠性及覆蓋面等因素之間的矛盾，因而有可能逐步取代相互交叉重疊的地面無線電導航定位系統而成為一種通用的導航定位系統。

（2）地面監控部分：軌道預報（監測和控制衛星系統），確定系統時間，預報衛星星歷、衛星鐘狀態，更新衛星導航電文。

（3）用戶設備部分：由GPS接收機硬件和相應的數據處理軟件以及微處理機及其終端設備組成。其主要功能是接收GPS衛星發射的信號，獲得必要的導航和定位信息及觀測量，并經簡單數據處理實現實時導航和定位，用后處理軟件包對觀測數據進行精加工，以獲取精密定位結果。

GPS（全球衛星定位系統）就是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。如果用戶P在某一時刻ti用GPS接受機同時測得了從接受機至視場中的3顆GPS衛星（A，B，C）的距離SAP、SBP、SCP，而且該時刻這些衛星在空間的位置也是已知的話，那么我們就能用距離交會的方法求解P點的三維坐標（X，Y，Z）。

其觀測方程為：

式中：（XAYAZA），（XBYBZB），（XCYCZC）分別為衛星A，B，C在時刻ti的空間坐標。

2 GPS導航定位系統的特點

GPS導航定位以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作方便、應用廣泛等特點著稱。

2.1 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10－7，1000km以上可達10－9。在300～1 500m工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面位置誤差小于1mm，基線邊長越長越能突顯出定位精度高的優勢。

2.2 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，僅需要15～20分鐘；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1～2分鐘；動態相對定位測量時，流動站出發時觀測1～2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。

2.3 測站間無需通視

測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

2.4 可提供三維坐標

GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。目前，GPS水準可滿足四等水準測量的精度。

2.5 操作簡便

GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高，打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲、跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

2.6 全天候作業

目前，GPS觀測可在一天24小時內的任何時間進行，不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等氣候的影響。

2.7 功能多，應用廣

GPS系統不僅可用于測量、導航，還可用于測速、測時。測速的精度可達0.1m／s，測時的精度可達幾十毫微秒。其應用領域不斷擴大。

3 GPS（RTK）在地籍測量中的應用

GPS、RTK測量技術是建立在載波相位觀測值基礎上的實時動態定位系統，地形測圖是為城市以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮規劃和各種經濟建設的需要。地籍測量是精確測定土地權屬界址點的位置，同時測繪供土地管理部門使用的大比例尺的地籍平面圖，并量算土地面積。用常規的測圖方法（如用經緯儀、測距儀等）通常是先布設控制網點，這種控制網一般是在國家高等級控制網點的基礎上加密次級控制網點。最后依據加密的控制點和圖根控制點，測定地物點和地形點在圖上的位置，并按照一定的規律和符號繪制成平面圖。GPS新技術的出現，可以高精度并快速地測定各級控制點的坐標。特別是應用RTK新技術，甚至可以不布設各級控制點，僅依據一定數量的基準控制點，便可以高精度并快速地測定界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計算機和繪圖儀、打印機輸出各種比例尺的圖件。應用RTK技術進行定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據實時傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到4顆衛星后，可以實時地求解出厘米級的流動站動態位置。

地籍測量中應用RTK技術可測定每一宗土地的權屬界址點以及測繪地籍圖，能實時測定有關界址點及一些地物點的位置并能達到要求的厘米級精度。將GPS獲得的數據處理后直接錄入GIS系統，可及時、精確地獲得地籍和房地產圖。但在影響GPS衛星信號接收的遮蔽地帶，應使用全站儀、測距儀、經緯儀等測量工具，采用解析法或圖解法進行細部測量。

4 結束語

GPS理論和技術以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作方便、應用廣泛等特點在很多領域都已經有了極其廣泛的應用，展現了極其廣闊的應用前景。隨著高新技術的飛速發展和廣泛應用，GPS的應用將更能發揮其優越性，進入人們的日常生活。

2012－03－01）