談GPS在科學研究及測繪工程技術中的應用

田超

摘 要：GPS全球定位系統是一個利用定位衛星在全球范圍內進行導航、定位的系統，具有自動測量、精度準、全天候等特點，廣泛應用到航空、軍事、汽車交通、物流、農業、交通管理等領域，逐步深入到人們的生活。該文主要研究分析GPS在科學研究及測繪工程技術中的應用。

關鍵詞：GPS 科學研究 測繪工程 應用

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0015-02

GPS定位導航系統以24顆人造定位衛星為基礎，向全球各地隨時提供三維速度、三維位置等信息，是一個無線電定位導航系統。GPS由地面控制部分、空間部分和用戶裝置部分構成。地面控制部分由監測站、通訊輔助系統、地面天線和主控站組成。空間部分就是24顆衛星，3顆備用星和21顆工作星分布在6個軌道上。用戶裝置系統由衛星天線和GPS接收機組成。

1 GPS在軍事中的應用

1.1 GPS導彈定位導航系統

隨著各國軍事化力量的不斷加強，GPS被廣泛應用到陸地、航海、航空的導彈定位導航系統中。GPS和電子地圖相結合可以規劃行駛線路、估算行駛時間、顯示移動的平臺航跡，提高部隊的反應能力和作戰能力。GPS的定位導航作用和短報文數字通信功能相結合，可以將作戰目標的位置信息等傳送到指揮所，可以通過計算機屏幕顯示作戰目標的動態，指揮所可以監控各個作戰平臺。GPS可以實現單兵作戰，為單兵提供時間信息和位置信息，同時將單兵的位置信息及時傳送到指揮所，使單兵和指揮所之間及時傳送指令，提高單兵的應變能力和作戰能力。圖一為戰斧Block3型巡航導彈示意圖1。

1.2 提高制導和命中率精度

GPS可以提高制導導彈、空地導彈、巡航導彈和彈道導彈等各種打擊武器的制導精度和命中率精度。GPS為各種武器導航后的命中精度比導航前提高2倍，彈頭TNT當量提高8倍。近年來，GPS成為各種武裝力量的倍增器和支撐系統。海陸空巡航導彈、導彈導航和作戰平臺都開始裝備GPS/INS或GPS導航系統，提高命中精度和制導精度，改變傳統的作戰方式。

1.3 星載GPS技術

由于太陽輻射壓攝動和大氣阻力較難模擬，用于海洋測高、氣象和遙感的低軌道衛星很難用動力法確定衛星軌道。隨著衛星高度的不斷降低，地面跟蹤技術的動力法如多普勒、雷達、激光等，對衛星的定軌誤差不斷增大，定軌誤差甚至達到幾十米、百米，誤差較大的定軌不能滿足高精度應用對衛星軌道的要求。地球觀測系列衛星EOS-A和EOS-B、地面高度為250～300 km的航天飛機、國外TOPEX衛星等都采用星載GPS技術，GPS可以不受太陽輻射壓和大氣阻力的影響，實現精密衛星定軌。

2 GPS在海陸空定位導航中的應用

GPS可以實現三維導航，步行者、陸地車輛、輪船和飛機等都可以采用GPS進行導航，汽車導航系統包括車速傳感器、CD-ROM驅動器、自律導航、GPS導航、LCD顯示器、微處理機和陀螺傳感器構成。出租車、物流配送車等可以通過GPS技術與計算機車輛管理信息系統、無線電通信網絡和電子地圖等有機結合，實現交通管理和車輛跟蹤等功能，使出租車、物流配送車等在城市各個地點合理分布，更好的滿足城市居民的乘車需要，減少能源損耗，節約時間和成本。大部分城市都運用GPS技術建立交通數字化電臺，及時發布城市交通擁堵信息，為駕駛員選擇路徑提供方便，實現自主定位導航。利用GPS技術對海上的船只進行高精度、連續的實時定位，有助于船舶按規定航線航行，避免發生船舶碰撞而造成不必要的損失，提高航行安全性。

3 GPS在大地測量中的應用

大地控制網包括高程控制網和水平控制網。高程控制網是對高程的基本控制，用水準測量建立，結合重力測量和天文測量，推算出各個地點的高程，水平控制網是對水平位置的基本控制，用導線測量和三角測量建立，結合天文測量、重力測量和高程測量，推算出各個地點的大地坐標。通過高程控制網和水平控制網建立坐標參考體系，定量描述地球各個物體的位置，便于測繪工作順利進行。

我國運用GPS技術建立了國家高精度GPS A級網和GPS B級網。國家總參測繪局運用GPS技術在全國布測高精度GPS網、高精度GPS測量控制網、區域性的地殼形變監測網和中國地殼形變監測網等[1]。

4 GPS在測繪技術中的應用

GPS技術主要應用于測繪工程中流動站接收機、數據鏈和基準站接收機三個方面，在測繪工程已知極點中安裝GPS接收機，將基準站看成高等極點，通過GPS接收機觀測可見范圍中的衛星，將觀測數據通過無線電形式傳送給流動站GPS接收機，根據定位原理計算GPS流動站的三維坐標。

4.1 GPS像控點測量

航空攝影測量工作中需要對像控點進行測量，傳統的測量方法是通過設置導線測量平高點，采用GPS技術進行像控點測量可以提高作業效率，縮短測量時間。GPS像控點測量需要在測量范圍內設置高等級基準站，然后在流動站測量各個像控點的高程及平面坐標。GPS像控點測量的作業時間在2天之內，大大縮短了傳統測量時間，測量效率也比傳統測量方式提高了3倍，還能達到像片定向要求的精度。

4.2 GPS道路中線放樣

GPS可以應用到城市中道路中線放樣工作中，實現一人完成放樣工作，提高中線放樣工作的工作效率。將城市道路中的曲線轉角、半徑、線路起點坐標和終點坐標等各項參數輸入到GPS外業控制器，可以根據坐標進行放樣，也可以根據樁號進行放樣。放樣工作屏幕上可以顯示偏移量和偏移坐標，可以進行各個方向的移動，減小誤差，使誤差控制在設定量之內。

4.3 GPS控制測量

傳統的測繪是由導線控制測量，隨著城市中規劃區和建成區的不斷擴大，測繪工作量越來越大，傳統的測繪工作速度越來越慢，測量精度較不均勻、較不準確。GPS測量方法可以做到點間通視，可以有效的控制測量，提高測量工作效率，使測量結果更精確[2]。

4.4 GPS用地測量

GPS技術可以廣泛應用于地勘測定界測量、管線測量、水域測量、房產測量和地形測量工作中。GPS技術可以對界址點的位置坐標進行實時測定，測量土地的使用范圍。GPS技術可以用于測量用地分類和面積，對用地進行土地分析和權屬實時界限測量，極大的提高用地測量工作的效率和測量精度。在地形、水域的測量中，GPS技術可以自動導航，實時、精確的測量三維坐標[3]。

5 結語

隨著GPS技術的不斷改革和發展，全球已經建立了四大導航系統，分別是美國全球定位系統、俄羅斯“格洛佩斯”系統、歐洲“伽利略”系統和中國“北斗”系統。如今在測繪工程、交通、農業、郵遞業和漁業等行業，處處可見GPS技術的身影，GPS已經應用到國民生產生活的各個方面。由于測量時間短、定位精度高、操作簡單、全天候觀測、無需通視等諸多優點，GPS更是作為一種高新技術國際性產業朝著多領域、多模式、多用途、多機型全面發展，相信在未來社會的發展和人們生產生活中，GPS能更好的提高生產經營效率和人們生活質量，促進社會經濟發展[4]。

參考文獻

[1] 翟戰強，蔡少華.基于GPRS/GPS/GIS的車輛導航與監控系統[J].測繪通報，2012（12）.

[2] 袁修孝，高宇，鄒小容.GPS輔助空中三角測量在低空航測大比例尺地形測圖中的應用[J].武漢大學學報（信息科學版），2013（8）.

[3] 覃新賢，姚相振，黃旭方.提高GPS接收機多普勒頻移估計精度的精捕獲算法[J].計算機應用與軟件，2013（3）.

[4] 王敏，張祖勝，許明元，等.2000國家GPS大地控制網的數據處理和精度評估[J].地球物理學報，2012（19）.