探析GPS系统的原理及其在房屋建设测量中的应用.pdf

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1、探析GPS系统的原理及其在房屋建设测量中的应用摘要：GPS全球定位系统作为新形式测量系统，已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。GPS全球定位系统（GlobalPositioningSystem）在公路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。关键词：全球定位系统；工程测量；特点；应用0引言GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有

2、卫星接收设备。①空间卫星群GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。②GPS的地面控制系统GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发

3、布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。③GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。1GPS定位原理GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置p点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了三颗(a、b、c)以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数

4、据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离sap、sbp、scp，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得p点的维坐标（xp，yp，zp），其数学式为：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）分别为卫星a，b，c在时刻ti的空

5、间直角坐标。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被广泛的应用。2GPS测量的技术特点测站之间无需通视测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。定位精度高一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度

6、与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。观测时间短采用GPS布设控制时，每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用接收机的rtk法可在5s以内求得测点坐标。提供三维坐标GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。操作简便GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测

7、人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。3GPS卫星定位系统在工程测量中的应用GPS测量的技术设计①设计依据。GPS测量的技术设计主要依据1999年建设部发布的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》及工程测量合同有关要求制定的。②设计精度。根据工程需要和测区情况，选择城市或工程二级GPS作为测区首级控制。要求平均边长小于1km，最弱边

8、相对误差小于1/10000，GPS接收机标称精度的固定误差a≤15mm，比例误差系数b≤20×10－6。③设计基准和形。控制共12个点，其中联测已知平面控制点2个，高程控制点5个。采用3台GPS接收机观测，形布设成边连式。④观测计划。根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度（空间位置因子PDOP），选择最佳观测时段（卫星多于4颗，且分布均匀，PDOP值小于6），并编排作业调度表。GPS测量的外业实施