谈GPS测量技术综合应用

　　摘要：GPS测量技术的出现和不断发展，极大地促进了测绘工作的进步，不仅使测绘的工作方式发生了根本性的变革。也大大提高了工程测绘的工作效率、拓广了工程测绘的服务范围。文章对GPS在工程测绘中的应用进行了分析。

　　关键词：GPS;工程测绘;GPS测量

　　全球定位系统(GPS)是“卫星授时测距导航/全球定位系统”的简称，具有高的定位精度，为全球大地测量提供强有力的工具。它在测地中的应用包括：建立和测定大地控制网点;地图测绘;建立地理信息系统;公路、铁路及其他大型工程建设的测量;研究地球动力学现象，包括测量地球外壳畸变、火山隆起、地震预测、大地板块结构及地球旋转等。目前GPS接收机能进行动态、准动态、快速静态等多种测量工作方式，使定位精度达到(3mm+1×10-7，D)(D为测量距离)，观测时间由原几小时缩短到几分钟，扩拓了它在大地测量中的应用。

　　GPS在测量中的应用广泛，文章重点分析大地控制网点、水下地形测绘和地球动力学对地震的预测。

　　1测定大地控制网点

　　我国的国家高精度GPS大地测控网布测工作从1991年开始，目的是建立全国性的新的一代基础大地测控网，由陕西测绘局、四川测绘局、黑龙江测绘局和武汉测绘大学承担。它是利用先进的GPS技术对我国的基础控制网进行重测，以提高网点测量精度，优化我国大地测控网，并为地球动力学的研究提供基础数据。布测工作于1996年完成，目前重测后的A级网点有27个，B级网点760个。

　　我国的许多省市引进了GPS测量设备，布测本地区、本市的控制网点，扩大控制面积，为本地区的开发和制定城市建设规划起了积极的作用。

　　我国的测绘科学考察队在第11次南极科学活动中，圆满地完成了95年南极GPS联测、菲尔德斯海峡形变监测网的GPS观测等5项工作，得到全南极GPS联测资料，大大提高了我国在南极大地测量科学研究中的学术地位。在南极还进行了长城站和中山站的田骡联测，使长城站坐标和全南极统一。1995年，中国首次北极科学考测队员手持GPS接收机，确定考察队每个行进位置，沿着到达北极的最短路径，找到了北极点，并在考察队需要增援时准确发出所在位置信息。

　　2在水下地形测绘中的应用

　　2.1采用实时差分GPS定位

　　海洋资源开发利用、海港建设和改造、航道疏浚和整治;海岸和江岸码头的施工和设计等，所有水下工程都需要精密的水下地形图。而绘制精密水下地形图都必须进行水深和平面位置的三维测定，然后来用微机进行水下地形图的绘制。

　　《水深的测量利用测深仪》根据超声波测量水深的原理，由换能器发射的声脉冲到达海底反射回来，接收器接收反射脉冲，并测定发射至接收之间的时间t，求得水深h=1/2Vt。这里，V为声波在水中的传播速度，v约为1500m/s。在水深测量的同时，还利用潮位仪进行潮位测定，用以改正水深测量值，最后求得水下地形的高程。

　　平面位置的测量，以前采用经纬仪、经外测距仪或三应答器等无线电定位设备。这些设备都具有操作复杂、外界条件要求苛刻等问题，应用十分不便。GPS的出现，开拓了解决平面位置测量的新途径，但是采用单频C/A码定位精度不高，不能进行大比例尺水下地形测绘。应用差分GPS技术可以解决这一问题。

　　将测深仪、潮位仪、差分GPS接收机以及终端设备结合起来，就购成一套完整的测量船上的水下测绘系统。

　　2.2采用后处理差分GPS动态定位

　　GPS后差分动态定位是将两台GPS接收机分别设于差分基站和船站，同步测量来自相同卫星组的导航信号，利用基站得到的校正值，对船站定位数据进行测后修正。仅是DGPS接收机用GPS接收机替代。

　　后差分技术要求船站与差分基站同日报收来自至少三颗相同卫星的信号，并记录在硬盘和软盘中，在事后进行数据处理。将基站和船站记录的数据拷入同一计算机进行须处理，形成统一的数据格式。利用后差分软件计算基站GPS测定位置与已知位置的差值，即差分改正数。然后，按照时间对应的方法用此改正数对船站测得的GPS数据进行校正，求得修正后的船载接收机天线所在位置的精确地理坐标。

　　后处理差分的优点是不受船站与基站之间障碍物的影响：可以多个船站同时工作，将测试结果进行家后分别处理，互不影响。后处理差分可以满足小于111万比例尺的各种测绘及海上工程测量定位。它的缺点是两地必须采用同一组卫星信号。

　　后处理差分在我国水下测绘中得到应用，例如，国家海洋局第一测绘所利用该技术测绘1：5万比例尺的广西沿海海底的地形。测量数据表明，GPS后处理差分动态定位精度优于15m的占总测点数的95%以上，最大的误差值为25m，符合《海道测量规范》。

　　3在研究地球动力学和地震预报中的应用

　　观测地壳运动，研究地球动力学问题，特别是地震前兆的地形变是地质学家的重要课题，也是测绘工作者的任务，用传统的大地测量方法取得了不少宝贵的资料。国内外资料表明，地壳确实存在运动，但这种运动是十分缓慢的。日本、美国的地面水平形变每年为10-7量级，我国、日本及原苏联等国的地面垂直形变每年为几毫米。有人认为我国华南板块向东南方向滑动速率为每年21mm，而有人即认为每年在5mm以内。我国唐山大地震前的资料表明地面垂直形变几十毫米，水平形变每年10-6。远远小于地震后的地面高达几米的永久形变。一般的地壳形变在时空分布是不均匀的，时快时慢，有的地方显著，有的地方微小，其规律有待进一步观测研究。

　　监测洲际间的板块运动，不仅有助于研究地球动力学问题，也是研究全球地震活动规律的需要，近几年来已开展了一些利用GPS的国际合作项目。国际试验和研究表明，对于500km以内的GPS站间距离测量，能达到土(5mm+1×10-8D)的测量精度，三维位置达到±3cm左右，它们的重复测量精度也为10-8量级。这样的精度正好满足板块运动状态的精度要求。有人认为，利用GPS精密定位技术长距离测量可达到10-9量级的精度，即1000km仅有几毫米的误差。