gps技术范文
时间：2023-04-06 00:17:32
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篇1
Abstract: GPS (Global Positioning System, referred to as the GPS) satellite positioning technology with the deepening and development of the concept of Digital Earth, continuous improvement, improve the hardware and software, with its all-weather, high-precision, automation, high efficiency characteristics to win the trust of customers. In this paper, the basic structure and principle of the GPS on the application of GPS technology in the field of earthquake rescue, mapping, analyzing the advantages and disadvantages of GPS technology.Keywords: GPS technology; Surveying and Mapping; application
中图分类号:P228.4 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
GPS定位系统的组成及定位原理
GPS定位系统由卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面部分)、GPS接收机(用户设备部分)组成。
GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，这样就保证了每个轨道面有4颗卫星，卫星离地高度20200km，轨道倾角为55°，各个轨道平面之间相距60°，在每一轨道平面内，各卫星升交角距相差90°，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30°。
地面监控系统是整个系统的中枢，由5个监测站、1个主控站、3个注入站组成。主要任务是：收集、处理本站和监测站收到的全部资料，完成对GFS卫星信号的实时监测，向每颗卫星提供其编写并播发的导航电文，包括卫星星历(即一系列描述卫星运动及其轨道参数的数据)、卫星钟差和大气修正参数等。
用户设备基本结构包括：主机、天线、电源组成，它的任务是捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对接收到的GPS信号进行处理，以便实时测量出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。
GPS定位原理，类似于传统的后方交会。GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息，用户使用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站的位置。
GPS技术在实际工作中的应用
2.1 GPS在测绘、资源勘探中的应用
这是国内开展GPS定位应用较早的领域，现已建成连续运行的GPS观测站30多个，其中7个纳入国际GPS服务站（IGS）网，全国GPS二级网站布测534点，平均边长约160km，从根本上解决了我国测量使用参考框架的问题，比传统测量方法提高效率三倍以上，费用降低50%。与此相关的还有中国地壳运动观测网，网中包括25个基准站、56个基本站、1000个分布在主要地震带上的区域站，其数据处理结果为全国大地震活动趋势分析提供了新的依据。除了较大范围的GPS网外，我国很多城市还建立了很多小型的GPS网，用于地方建设服务。例如由天津市测绘院主建的VRS基准网络，就是使用GPS实时动态的获取监测数据，通过数据的处理分析，为天津市地面沉降分析、气象预报等提供服务，此外，天津市为监测地面沉降量，特布控了GPS监测网，每年定期使用GPS进行监测，获得各个监测网点的数据，为分析天津市地面沉降提供了科学的数据。
2.2 GPS在地震救援中的应用
以往定位功能对客运企业、物流企业而言，其主要用途是它可以便于企业实时获取车辆运行位置、速度等运行指标，这些数据有助于其对车辆进行调度管理，配合良好的管理机制，可以很好的杜绝车辆超速、串线运营、违规运营等问题。但在四川汶川及青海玉树地震期间同样的定位功能却可以拯救人们的生命。
汶川地震发生后，通讯中断，道路阻塞，外界对震区的情况一无所知，在此情况下隶属四川武警总队的广大官兵冒着生命危险，携带我国自行研制的“北斗一号”导航卫星终端机到达震区，陆续发回了各种具有位置信息的灾情信息，从而使救援人员和决策者能及时掌握地震灾害的程度及其空间分布，决定开展有效的救援和灾后恢复。
例如，载有14名台湾同胞游客的一辆大巴车在地震后与工作人员失去了联系，接报后，成都网阔信息技术有限公司迅速启动GPS定位系统查询，仅用了不到30秒的时间，就锁定了客车的具置。随后，救援人员成功将这14名台湾游客全部救出。另外一辆车牌号为川IR-18901的旅游客车，承载着42名学生和一名教师，也被困在离震中不远的地方，借助所安装的GPS，最后成功获救。
随着GPS技术的更新，它将在地震应急搜救的信息快速获取、应急响应、救援决策、指挥、搜索与营救等救援行动的整个过程中，都有望发挥其强大的功能，从而为地震应急搜救提供坚实的技术支持。
2.3 建立工程控制网
工程控制网是工程建设、管理和维护的基础。建立的道路勘探、施工控制网和隧道工程控制网等的网型和精度要求与工程项目的性质、规模密切相关。应用GPS技术建立控制网，通常采用载波相位差分技术，以保证达到毫米级精度。道路勘探、施工控制网，具有横向很窄、纵向很长的特点。采用传统的三角锁、导线方案，多数需要分段实施，以避免误差积累过大。采用GPS技术， 由于点与点之间不需要通视，可以敷设很长的GPS点构成的三角锁，以保持长距离线路坐标控制的一致性。
2.4 在地形测量中的应用
传统的地形测量是在测区内首先建立图根控制点，然后再用大平板仪或经纬仪结合小平板法测图，现在发展到外业用全站仪野外采集数据，内业利用成图软件成图。这些方法都要求在测站上测地形、地物特征点，对通视要求很高，要求人员较多。若采用动态GPS测量，只要采用对中杆即可，则图根控制速度快，对通视要求也不高，可以边控制边碎部。
2.5 在施工放样中的应用
放样主要是把图上设计的坐标与高程在实地标定出来，它其实是测量坐标的一个反过程。以往主要采用全站仪放样，一般至少需要两人合作，且要求测站点与放样点要通视才行，若不通视，还要进行转站。若附近无控制点，则先引点。现在采用动态GPS进行放样，只要把放样的点坐标输入手簿中，测量员背着GPS接收器，根据其显示提示测量员走到放样点位上，放样像走路一样轻松完成，当然，其精度也较高，各放样点的误差影响也是独立的。
GPS技术在应用中的优缺点
3.1 GPS技术在应用中的优点
3.1.1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。
3.1.2 观测时间短，定位精度高。采用GPS静态测量时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右；采用动态测量时，只需将对中杆置于待测点一、二秒便可得出误差为厘米级的三维坐标。
3.1.3自动化程度高，操作简便。目前GPS接收机已趋向小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可自动进行观测，求得测点三维坐标。
3.1.4 利用定位技术，能快速确定具置的相关信息。
3.1.5全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
3.2 GPS技术在应用中的缺点
3.2.1 在地下工程、隧道及高大建筑物区域或是距离基站太远等，GPS出现盲区，初始化时间长或失锁，影响测量速度或无法测量。
3.2.2 高程测量时应用GPS定位技术不能直接得到地面点的正常高，而只能得到大地高，确定地面点的正常高，必须要知道地面点的高程异常，这就限制了GPS技术在高程测量方面的作为。
3.2.3 目前由于GPS在救援、指挥、调度等应用领域缺乏技术支持，由此限制了GPS在大灾面前快速、高效的应急救援。
篇2
关键词：RTK；动态测量；优劣性
引言
随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。RTK测量技术因其精度高、实时性和高效性，使得其在城市测绘中的应用越来越广。实时动态测量技术，这是一种新的常用的GPS测量方法，是以载波相位观测量为根据地实时差分GPS测量技术，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，是GPS技术发展中的一个新的突破，具有定点速度快，误差不积累，节省人力，作业效率高等特点，广泛应用于工程测量，地形测图以及图根控制等测绘领域。虽然RTK定位的测量精度可达厘米级，并且置信度可以达到99.9%，但RTK毕竟与静态测量或快速静态测量不同，RTK需要通过初始化过程在野外实时计算出整周未知数。由于初始化过程中存在各种误差，例如数据链传输过程中外界环境电磁波影响产生的误差甚至错误，实际观测中有可能会导致整周未知数虽然求解出来了，但求解答结果不可靠或不正确，因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须通过对RTK测量成果进行质量控制，才能确保观测到成果精确可靠。
1. GPS动态测量技术的工作原理
GPS动态测量技术（RTK）的基本工作原理可分为两部分阐述。
1.1实时载波相位差分
众所周知，我们在进行GPS定位时，会受到各种各样的因素的影响，为了得到更精确的数据消除误差源，必须将两台以上的GPS接收机同步工作，GPS静态测量是将各个接收机独立工作观测，并使用处理软件进行差分解算。在RTK测量单方面来说，仍然是差分解算，但这是实时的差分计算。所以说，两台接收机（一台流动站，一台基准站）都在观测卫星数据，同时，基准站也通过接收机发射电台，把所接收到的载波相位信号或载波相位差分改正信号发射出去；那么，流动站同时接收卫星信号和电台接收机准站的电台信号；在这两信号的基础上，流动站的固化软件便可以实现差分计算，从而可以精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。
1.2 坐标转换
空间相对位置关系不是我们要的最终值，因此还有一步工作就是把空间相对位置关系纳入我们需要的坐标系中。GPS直接反映的是WGS-84坐标，而我们平时用的则是北京54坐标系或西安80坐标系，所以要通过坐标转换把GPS的观测成果变成我们需要的坐标。这个工作有多种模型可以实现，我们的软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标变转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，在用已知控制点计算二维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出他们的高程。
2. RTK 测量技术的优越性
GPS 动态定位技术（RTK）是否能顺利进行测量作业，其关键因素是无线电数据链电台的本身性能、环境无线电的干扰情况、设备的架设、参考站的选址、发射天线的类型等等有着直接的关系。用GPS动态定位技术在测量方面的优点主要有以下几点。
2.1 定位id精度高，数据安全可靠，无误差积累。跟全站仪等仪器不通，全站仪在经多次搬站后，会存在误差累积的状况，搬的次数越多，累积误差就越大，而RTK就没有，只要工作条件满足RTK的基本要求，且在作业半径范围内，RTK的精度不会发生变化，平面和高程的精度都能达到厘米级。
2.2 作业高效、方便快捷。在一般作业的地形形势下，RTK作业半径为10KM左右，大大的减少了设点需求和测量仪器的搬迁次数，且操作人员少，只需一人，坐标生成速度快，劳动强度低，成本低，效率高。
2.3 操作简单，容易方便，处理数据能力强。只需进行简单的参数设置，移动站便可边走边测得坐标或进行工程放样。数据处理、转换、输入、输出和储存能力强，并能方便、迅速地与全站仪、计算机等进行数据通信。
2.4不受传统测量通视条件的限制，RTK技术对两点间的光学通视没有要求，只要求满足对天基本通视和电磁波通视，所以，跟传统的测量比，RTK技术所受的外界条件的影响和限制相对来说要小很多，传统测量因地形复杂、地物障碍等因素不能正常通视地区，对RTK来说，只要能满足其基本工作条件，它都能进行作业。
2.5自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK能使用各种测绘的内、外作业，流动站利用软件控制系统，不用人工去操作就可自动实现多种测绘功能，大大减少了辅助测量工作，降低人为误差，确保作业精度。
3. RTK测量技术存在的不足
RTK测量技术目前已经成为测量界最常用的工具。但是它并不是能胜任所有的测量工作，它也有很多的局限性，影响GPS动态测量技术主要有如下几个方面：
3.1 高程异常问题
RTK作业模式对高程的转换要求必须精确。但是我国现有的高程异常图存在误差，尤其是在山区，误差更大，甚至在有些地区还没有。这就加大了GPS大地高程转换至海拔高程工作的困难，精度也变得不均匀。
3.2 数据链传输过程中的干扰
数据链传输过程中会受到障碍物和高频信号源的干扰，在山区和城市楼房密集区数据链传输信号常会受到限制，使得信号在传输过程中大大衰减，严重影响到作业的半径和作业的精度。
3.3多路径效应的问题
多路径效应是RTK定位测量误差中最严重的一种误差，在一般的情况下，多路径误差可达在1～5cm，而且多路径误差的大小会发生周期变化，一般以5～20min为周期。同时多路径效应的问题也是GPS静态技术所面临的问题。
3.4检测环境的影响
在中午电离层的干扰大，共用卫星数较少，GPS常会出现连接不到所需卫星的情况，故导致长时间不能初始化，有时还会直接导致不能进行初始化，进而不能进行动态测量。另外，RTK信号还受其他干扰源的影响，如电视台、反射物、无线电发射站、微波站、高压线等。
3.5受卫星状况限制
在没有足够的卫星数的情况下，会影响RTK的初始化完成，在城市高楼密布区、高山峡谷的深处、密集森林区卫星信号会长时间被遮挡，严重影响到一天在中可作业时间，且还会导致失锁现象。RTK测量还与数据链的性能及卫星的分布有关，并且测量的结果为独立观测值，缺乏兼容性和检验。
3.6初始化的时间
初始化是RTK系统能不能进行实时准确定位的最关键一步，在林区、山区及城市楼房密集区等地作业时，会有较多的GPS卫星信号被阻挡，故易引起卫星失锁参考站的数据信号发生中断，初始化的时间较长，有时还需要重新初始化，使得测量的精度和效率降低。
3.7电台电量不足问题
RTK测量的精度和稳定性都不如及全站仪，特别是稳定性，这主要是因为RTK比较容易受数据链传输状况、卫星状况、天气状况影响的原因。在不同的RTK作业系统中，所测量的精度和稳定性也有较大的差别。
此外，GPS动态测量技术还受电离层误差，对流层误差，轨道误差，和 天线相位中心的变化等的影响。
篇3
关键词：GPS；GPRS；车辆防盗；实时监控；防醉驾
【分类号】：TP317
引言：
随着我国经济的快速发展，我国企业也随之发展壮大，而企业内部的车辆也是越来越多，随之带来的问题就是车辆多，车辆调度和使用分配难度大，车辆被盗次数增加，很多公司都没有高效的车辆调度管理系统和安全有效的防盗报警措施；虽然很多汽车都装有防盗系统，但仅为简单声光报警，一旦人与车距离过远，报警就失去了作用。因此我们提出了一种可以有效解决以上几个问题的一种系统，此系统运用当今的GSM/GPRS移动通信网络作为传输媒介，GSM短信报警与传统报警相比，具有报警距离不限，实时性高等优点，GPRS数据传输量大，费用相对低廉，可以节省运营成本，因此使用GPRS网络传输车辆的GPS坐标，一旦系统判断车辆被盗，还会启动摄像头模块将偷盗者的照片以彩信方式发到监控中心，为警方破案提供有力证据，同时车辆启动采用先进的指纹识别系统和矩阵密码系统，进一步提高车辆安全性，如今酒后驾车司机越来越多，给司机本人和公司运营带来很大风险，因此将此系统运用到车辆的监控防盗以及车辆调度管理中将是一个非常好的选择。
1 系统主要构成及工作原理
1.1 系统主要组成部分
1.1.1 监控机
为防止一台电脑发生死机，监控机由2台电脑组成，监控机主要作用是将用户的各种命令转换成指令并发送给车载终端系统，并将终端系统的反馈指令转换成数据显示给用户，同时实时显示接收的各种数据。
1.1.2车载终端 车载终端主要由以下几个部分组成
1）C8051F410单片机，它是本系统的核心处理器，负责系统的功能控制和数据处理。
2）GSM/GPRS模块PT100，此模块内置TCP/IP协议和MMC（彩信）协议，主要承担短信发送、GPS坐标传输、盗车者图像的上传等功能。
3）GPS芯片采用瑞士U-BLOX第4代芯片，此款芯片灵敏度高，抗干扰能力强，定位精度高达2.5m，可以准确的为系统提供车辆的位置、速度、行驶方向等重要参数。
4）C1068摄像头模块，此模块拍摄出的照片质量高达300万像素，模块将通过SPI接口与单片机进行通信，主要为系统提高盗车者图像。
5）ZAZ-010指纹模块，此模块通过串口与单片机进行通讯，主要完成车主指纹的识别和车辆的安全启动等功能。
6）K202酒精检测模块，此模块通过SPI接口与单片机进行通讯，主要实现车主酒精检测，防止车主酒后驾车。
1.2系统工作原理
系统中霍尔元件一旦检测到车辆行驶，就会检查指纹输入或密码输入是否正确，如果正确则启动GPS模块，单片机就会接收GPS芯片传输的车辆坐标、速度等数据，把数据处理后，将数据通过串口发送给GSM/GPRS模块，然后该模块通过GPRS网络将数据发送到监控中心以实现对车辆的实时监控，并且车载显示屏可以实时显示监控机下发的各项调度指令；一旦系统检查指纹未输入或者密码输入错误但车辆已经在行驶，就会判断车辆被盗，此时会立即启动摄像头模块C1068，然后单片机读取摄像头模块图像数据并把这些数据通过GSM/GPRS模块以彩信方式发送给监控中心，同时实时传递被盗车辆的GPS坐标信息。如果系统检测到车主酒后驾车，即使密码和指纹输入正确，也会自动闭锁发动机，防止车主酒后驾驶。
2系统硬件设计
系统电源由充电电池和电源控制器组成，平时充电电池与汽车电瓶相连，系统由汽车电瓶经稳压芯片稳压后供电，充电电池处于浮充状态，一旦汽车电瓶线被盗车者剪断，则由电池供电，因此盗车者即使剪断电瓶上的电源线系统依然可以正常工作。
3 系统软件部分
软件设计主要包括单片机与GSM/GPRS模块、指纹模块、GPS模块、摄像头模块、酒精模块之间进行数据通信，以下将主要介绍GSM/GPRS模块、GPS模块、指纹模块的程序设计。
3.1主要程序流程图
3.2 GSM/GPRS模块程序设计
3.2.1 短信发送和接收程序设计
GSM/GPRS模块启动后，单片机发送AT初始化指令，一旦模块收到短信指令，则触发C8051F410中断，C8051F410发送指令读取短信，然后执行相应短信指令。
3.2.2 GPRS数据发送程序设计
GPRS数据发送只需要发送AT指令进入IP服务器，然后向GSM/GPRS模块写入数据内容，模块就会自动发送。
3.2.3彩信数据发送程序设计
彩信发送程序需要将图像数据每个字节拆成2个字符，然后向GSM/GPRS模块发送建立图片指令，将这些字符数据发送给模块，然后发送“传输彩信”指令，并确认彩信发送成功。
3.2.4 GPS程序设计
GPS程序任务是从接收的GPS数据中提取经纬度坐标、车辆实行速度，数据格式是NMEA0183。
3.2.5 指纹模块程序设计
指纹录入模式时单片机发送指纹录入指令，模块录入指纹，存入指纹库，平时启动汽车使用指纹搜索模式，系统将输入的指纹与指纹库中指纹比对，比对正确才能启动汽车。
4 结束语
本系统通过指纹或密码输入来启动汽车，安全方便灵活，并且内置酒精检测模块防止车主醉驾；如果汽车被盗，系统会把汽车的GPS坐标和盗车者图像发送到监控中心。系统具有数据传输距离不限和抗干扰能力强和可靠性高以及实时性强和成本低廉等优点，因此具有很好的推广应用价值。
【1】 周 嵘，潘晓斌，郑 堤，TC35与微处理器的短消息接口方法【J】微计算机信息，2004，20（9）：69―70.
篇4
关键词：大地测量；GPS技术；RTK技术；工程测量
中图分类号：TB22 文献标识码:A
前言：近几年来，全球定位系统（GPS）技术、RTK、CORS测量技术的不断发展并且逐步应用到各行各业中。GPS技术在大地测量中的应用和推广开启了大地测量工作的新纪元，并发挥了巨大的作用。随着GPS技术在大地测量工作中的应用推动了我国的城镇化发展，使得大地测量工作逐步趋于自动化发挥在那，大幅度提高了大地测量以及大地管理工作的水平。
一、GPS 技术基本原理及特点
1.1、GPS 技术基本原理
GPS技术的工作原理是三角测量，使用的是距离交会法，是在全球范围内进行的实时的定位、导航系统，是通过GPS定位卫星实现的。GPS使用的体制是多星高轨测距，基本观测量去的是接收机与GPS卫星的距离。用户站上的GPS接收机需要接受基准站上观测到的数据，这就需要使用无线电接收设备，接收到数据之后就需对数据进行计算，计算过程应根据相对定位园林，计算结果应将用户站的精度及三维坐标显示出来。进行测算的前提是地面的GPS接收机能够在同一时刻接收到三颗以上的卫星信号，此时就可以使用载波相位测量或者是位距测量的方法进行测算。进而测算出接收机接受卫星信号所需要使用的时间和距离，然后根据这些位置信息，把卫星到用户的多个等距离球面相交后，就能够获得用户的三维( 经度、纬度、高度) 数据坐标、速度以及时间等相关参数。
1.2、GPS 技术的特点
第一，使用GPS进行工程测量时测站之间不需要通视，这就为GPS技术在工程测量中的灵活性和方便性奠定了基础。但在测量过程中应保证测站上空的广阔，使得GPS可以不受干扰的接收卫星信号[1]。
第二，GPS技术具有高精度的定位。其测量精度可以和红外仪的定位精度相媲美，这一优点更加突出了GPS在测量过程中的优势。
第三，使用GPS技术进行工程测量时只需要很短的测量时间，如果是通过布置控制网进行测量时，只需要30-40分钟就可以完成每隔测站的观测；如果采用的是快速静态的定位方法，在更短的时间就可以完成观测。
第四，GPS技术在进行工程测量时可以提供三维坐标，这样一来在进行测站的平面位置的观察时就可以更加精确的确定观测站的大地高程。
第五，GPS技术在进行工程测量时的具有很高的自动化水平，因此操作简便。GPS技术已经发展成傻瓜式操作和小型机，在进行测量时观测人员只需要进行简单的操作就可以进行测量，GPS会自动处理数据并计算三维坐标[2]。
第六，GPS可以实现全天候的测量。该技术可以在任何时间、任何地点持续作业，并且不会受到天气的影响。
二、 GPS 技术在大地测量中的应用
使用GPS测量技术在界定土地使用范围的同时还可以进行土地位置、土地使用面的管理、土地的利用情况以及土地的审批等多种工作的量化管理。这样一来就大大缩减了土地管理工作人员的工作量，并且有效的提高了工作效率，使得测量精度大幅度提高。大地测量工作应本着先整体后局部，先控制后碎部的原则进行。有效保证土地开发的统一性、整体性以及规模性是进行土地测量工作的目的。
大地测量作业模式包括以下几种类型：第一种，常规静态相对定位模式，这种模式在进行测量过程中便于网形的外业检核，之后进行评差，来提高定位的精度使得大地控制网的建立更加简单。第二种模式是 快速静态定位模式，该模式具有较高的精度以及高效的工作速度，但也有其局限性，这是由于快速静态定位模式不能将两台接收机的工作构成闭合模型，导致测量的可靠性大幅度下降，考虑到该模式的特点建议在建立大地平面控制网以及加密控制的和测量界址点等时采用；第三种模式是GPS―RTK 实时动态定位，GPS-RTK技术是一种实时动态的定位系统，是基于载波相位观测值的基础上进行的，采用RTK技术进行定位时，流动站需要及时的接收到已知数据和观测数据，这就要求基准站接收机实时的传输数据。流动站接受到数据之后应及时进行整周模糊度的求解工作，在观测到四颗卫星以后，就要实时的进行厘米级的流动站动态位置的求解过程[3]。由于GPS-RTK技术在进行测量时具有较高的精度因此在大地测量工作中得到了广泛的应用和好评，为大地图的绘制做好了基础。
三 、GPS 在大地测量中的控制过程
3.1、GPS 大地控制网点的精度和密度
大地测量工作过程中，进行数据采集以及大地图件的测绘工作的基础是进行全测区的控制测量，同时，控制测量也是进行大地测量工作的首要任务。大地控制测量的范围是大地区一级大地子区，测量的基础应严格按照国家的等级点在进行大地控制网点工作时，强调其密度和精度的原因是为了服务于界址点，为土地权属范围内的特征点的测量工作做准备。
3.2、合理选择基准站的位置
为了提高观测的精度，并且不影响到流动站和基准站之间的数据通信，就必须选择出合理、科学的基准站的位置[4]。比如说在没有遮挡的开阔的高处以及较为明显的平顶楼房的屋顶等满足基准站设置其他要求的地方作为基准站的设置场所。
3.3、随着基准站与流动站之间距离的不断扩大差分定位的精度在不断的降低，为了有效的解决这一问题，应均匀分布用来进行求解转换的参数的已知点的位置。为了满足高程测量的需求，应保证整个测区在已知点的覆盖下。
3.4、大地测量技术
3.4.1、GPS RTK 技术
GPS RTK 技术是一种实时差分测量技术，该项技术的根据是载波相位观测量。RTK技术的工作原理是在基准站上安装一台GPS接收机，用来连续观测所有可观测到的卫星，之后无线电传输设备为传输介质向流动站传送实时观测信息。与此同时，用户站上的GPS接收机需要接受基准站上观测到的数据，这就需要使用无线电接收设备，接收到数据之后就需对数据进行计算，计算过程应根据相对定位园林，计算结果应将用户站的精度及三维坐标显示出来。为了有效提高测量精度，准确定位，可以通过差分定位，将GPS定位中的信号传播误差、多台接收机共有误差和接收机有关的误差进行虚弱和消除。
3.4.2、动态定位技术CORS及应用
随着GPS技术的不断发展，CORS技术使得GPS技术得以突破，CORS技术分为设备控制网、数据采集网、数据处理中心、定位测量等四大部分，通过四大部分来是实现数据终端的互相链接，使得数据专用通道得以形成。通过基站方式来实现CORS系统的连接。相对于GPS技术CORS技术可以方便用户的观测，大幅度提高工作效率；除此之外，CORS技术打破了动态的GPS技术，实现了动态观测，使得数据监控系统更加完善，实现了动态事物的准确性，提高了作业的可靠性。除了使用方便之外，CORS技术还具备经济型，测量过程中降低了成本，这是因测量过程中不需要设置物体参考点和数据链通讯方式。
3.4.3、VRSRTK技术
随着GPS技术在测量领域的广泛应用，在建立和加密测量控制网工程中GPS技术凭借其经济可靠性收到了大力推崇和青睐。在大区域高精度实时定位过程中，VRS RTK技术作为虚拟参考站GPS定位技术得以广泛应用。除了进行经济实时定位职位，VRS RTK技术还可以作为基础控制工程中的测量技术，用以更改GPS数据，同时可以直接联测VRS RTK基准站的坐标。
4、结语
科学技术的不断发展对于工程测量技术的发展既是挑战又是机遇，科学技术的不断创新带来了现代测量技术的不断推陈出新，在大地测量以及工程测量领域广泛应用GPS、RTK、CORS等现代的数字化测绘技术，推动了测量技术的科学化以及自动化的发展进程。
参考文献：
[1]张友银. 浅谈GPS测量技术及其在工程测量运用中的特点[J]. 中华民居(下旬刊),2013,09:307-308.
[2]蔡正凯,于海锋. GPS RTK大地测量技术在公路中的应用[J]. 科技风,2013,22:139.
篇5
关键词：GPS技术；定位测量；地形测绘；应用
引言
近年来，我国的经济水平和综合实力得到显著的提高，伴随着经济的快速发展，地形测绘和地籍测量工作得到了国家的高度重视。要想得到精确的地形地理信息，就必须要保障地形测绘工作的顺利发展，以便得到更加精确的数据，这给地形测绘工作带来了严峻的挑战。GPS技术的开发应用有效地解决了这一难题，凭借其工作时间长、造价低、准确率高的特点得到了大部分研究人员和专家的认可，一时间成为了地形测绘工作中最主要的测量方式。
1、GPS概述
GPS技术最早是由美国研发成功的一种全球定位系统，并且发展成为全球范围内使用量最大的一种方法手段。简单来说，GPS的卫星星座一共由二十四颗星座构成，其中的二十一颗属于常用的工作卫星，其余三颗用于准备时使用。在使用时，GPS系统主要由外空、地面掌控雷达和用户安装三大部分构成，并且分别代表着GPS系统机构、检测系统以及信号传收器。之所以GPS系统能够得到世界范围内的广泛认可，是因为其具备着精密度高、效果好的优势，能够为授权用户提供更加高效、精确、及时的空间、地理信息，大量应用于农业发展、地形测绘、军事战略部署、交通指挥等方面。在我们的现实生活中，GPS技术也得到了普遍的运用，在地形测量以及地籍测绘等方面发挥着不可逾越的作用。同样，在水域环境的工程测量、海洋的开发、矿产资源的勘探等方面也不同程度的应用到了GPS技术，由此可见GPS技术的重要地位。
2、GPS技术在地形测绘中的应用原理
GPS技术之所以能够在地形测量中得到大量的运用，完全是以其测量度非常精确的缘故，能够实现对空间地理位置的长时间、全面的实际测量，在经过信息处理机构的全面分析，进而对所测量的范围进行精确的网络定位。其次，GPS定位技术最大的优点就是能够进行全天候的工作，即便是遇到山地、水域环境等特殊的地段，也能够进行实时、全面的测绘，极大的减少了容乃公测绘的危险与繁琐工作量，实现远距离的勘测。归结其工作的原理，我们可以认为其是卫星定位网络、GPS传送系统和地面连接设备构成，在进行实际的勘测过程中，GPS运用定位系统对所需要测绘的地域进行经纬度的三位测绘定位，在得到准确的位置信息和数据以后，通过卫星系统对其地表形态以及间距差进行分析，然后将这一系列数据传送给接收器，最后进行数据的分析、处理、计算，得出所测区域的形态、海拔、距离差等信息。相对来说，这种通过GPS技术进行地形测绘的方式，不仅仅具备了较高的精度，实施起来也比较方便。
3、在地形测绘中GPS技术的重要性
近些年来随着经济的快速发展，城市的规划以及建设用地不断加剧，在城市化快速发展的背景下我国逐步对地籍地形的测量给予高度重视。由此，GPS技术在地形的测量以及城市规划中得到了大量的应用，并且发挥着越来越重要的作用。说道GPS技术在测量测绘工作中的重要性，我们可以从以下三个方面进行论述：①GPS技术不仅仅是一种勘测手段，还能够对世界范围内的版块活动动态进行掌控，以便能够及时的对自然灾害进行预测和报警；②传统的地形测绘方式需要使用大量的测量人员进行实地的勘测，而GPS技术能够更加方便获取相关地形信息和数据，不仅仅减少工作量，工作效率也得到了大幅的提升；③在地形勘测中应用GPS技术，能够减少野外复杂环境的实地勘测，使测量工作变得更加容易的同时有效地避免危险环境的勘测，提高勘测效率和精度。
4、GPS技术在地形测绘研究工作中的实际应用
4.1GPS控制网的建立
在进行新地形的测量时，技术人员必须对所要测量的区域进行控制网的建立。在建立的过程中，为了避免不必要的测量误差，可以根据工作项目对相关的技术测量人员进行级别划分，然后技术人员再通过分级别的方式运用GPS技术，最后综合建立测量范围的控制网。其次，在选取设置方式时还可以采取分段的方式进行跟踪测量和技术调整，将得到的大量相关数据进行分段式的检验核对，使具体操作更加简便。
4.2野外实地地质测绘
GPS技术在野外的实际地形勘测中同样具备着很大的优势，能够进行快速有效的进行测绘选址，能够大幅减少技术人员深入户外的勘测工作量，其次在那些地势比较复杂的地段环境以及水域环境发挥着更加重要的作用。但是值得注意的是，GPS技术虽然具备一定程度的自动选址功能，但是出于选址结果更加精确方面的考虑，在进行智能选址时需要技术人员进行大量的分析考证以后方可确定，确保测量工作的顺利完成。
4.3数据处理
在通过GPS定位系统采集到大量的相关数据以后，还需要GPS技术对数据信息进行有效地处理，其中最主要的就是对GPS网平差和求解基线向量坐标差两方面进行计算。如果不能求解坐标差来分析详细的数据信息，有效地处理好数据的产生差值，就无法实现周密准确的数据信息报告，最终导致测绘信息的误差较大。简单来说，这一系列的数据都必须通过GPS技术来获得，然后再应用GPS技术对获得的信息进行全面、细致的分析，最后通过多种方式的分析、计算才能得出较为精确的地形地理信息。应用技术进行上述工作在提高工作效率的同时，保障了分析计算的准确性。
4.4RTK定位技术
RTK技术又称为实时动态定位技术，这是在GPS测量技术的基础之上研发出的一种新型测量方式，被广泛的应用于公路工程。我们知道，在进行静态定位或者准动态定位等方式的定位时，往往会受到数据处理滞后的限制，导致不能实现实时解算定位结果，也就无法进行观测数据的实际校验，导致观测数据准确度难以保障，必要时还需进行重复的数据观测，造成较大的工作量。要想解决这一难题，就必须要有效地延长观测时间，保障观测数据的有效性、可靠性，提高工作效率。而RTK系统正是由基准站和流动站组成，能够建立实时的无线数据通讯，利用无线电传输设备来接受来自基准站上的实时观测数据，再由流动站进行实时计算，显示三维坐标和测量精度，这样就能得到实时的结算定位结果。应用RTK动态定位技术，能够在大范围的工程项目中进行前端数据的实时采集、处理，彻底摆脱由于粗差所造成的返工现象，不仅仅提高了GPS技术的作业效率，还能够将数据可靠性定位到厘米级。
5、结语
现如今，GPS技术正是由于其准确度高、效率高、成本低、实时性好、操作简便等优点而在地形测绘工作中得到大量的运用。但是，随着科技的进步和城市化的发展，无论是城市建设以及国防建设等方面都对地形测绘研究提出了更高的要求，我们需要在GPS技术的基础之上不断地进行创新，研发出更加先进的技术和方式，有效地促进地质测量的精确度和效率，实现自动化或者半自动化的地质测量手段，确保国家地形测绘工作顺利发展。
参考文献
[1]蒋恒.浅谈GPS技术在地形测绘中的应用.《地球 》.2013年9期
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关键词：测绘技术 地籍测量
中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0015-02
随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生革命性的变化，为测绘工程提供新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规测量方法，正在被一次性确定3维坐标的、高速度的、高效率的、高精度的GPS定位仪器所代替。进入21世纪，GPS定位技术发展较快，GPS RTK测绘仪器的出现，GPS从静态发展到动态，精度不断提高，仪器越来越小，携带较方便。这就使测量工作从繁重的野外工作中解脱出来。仪器精度的提高。使得GPS定位仪器应用范围越来越广泛。GPS定位仪器已广泛应用于公路工程测量、地籍测量、地质工程测量等测绘工作中。
1 GPS RTK技术简介
（1）GPS RTK（Real Time Kinematic）技术是载波相位实时动态差分GPS定位技术，GPS RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的载波相位测量为依据的时实动态差分测量技术。
（2）GPS RTK测量系统主要有GPS接收设备（分为基站和流动站设备）、无线电数据传输系统（数据链）及支持实时动态差分的软件3部分组成。
（3）具体测量过程为：在合适的参考点上设置好基准站，基准站连续接收GPS卫星信号，并将基准站坐标、观测数据通过电台实时发送到设置好的流动站用户，一台或多台流动站接收机在接收GPS卫星信号的同时，接收基准站传来的数据，由软件系统根据GPS相对定位的原理进行差分及平差处理，适时解算并显示出流动站的三维坐标及精度。
（4）误差来源：多路径误差、信号干扰误差、天线相位中心的误差、接收机位置误差等是影响GPS RTK技术观测质量的重要因素。注意选择地形开阔、无反射面的控制点，远离大面积的水面。选择控制点远离无线电发射源、雷达装置、高压电线等的干扰，可以减少信号干扰误差。减少天线相位中心的变化误差需及时进行天线检验校正。仔细地进行仪器操作，可以减少接收机的对中位置误差。
2 RTK技术的优点
（1）操作简便，数据处理能力强。常规的水准仪测量、经纬仪测量，要用笔现场记录，并进行现场的限差计算。通常测站一人观测，一人记录。GPS RTK仪器只需一人操作仪器，测量只要设置限差就可以对数据自动地进行取舍和记录。测量结果可以直接导入计算机，操作方便。
（2）作业效率高，作业人员少。常规的经纬仪、全站仪等仪器，测量时要经常搬站，完成任务通常需要3、4人一起工作。GPS RTK测量在一般情况下，需一人操作几秒钟就可测的坐标值。在平坦地区，一次可测完半径为3.5～7 km的测区范围。在山区可设中转站，降低搬站次数，提高工作效率。
（3）与传统测量比较，作业条件要求减少。传统测量要求测站点需要相互通视，要求观测条件比较苛刻。GPS RTK受通视条件、能见度、气候、季节等因素影响小，适于全天候作业。
（4）作业自动化、集成化程度高、使用范围广。GPS RTK因其独有特点，在控制测量、公路工程测量、地籍测量、矿山测量、地形图测量施工放线测量均可独立完成。
（5）定位精度高，数据可靠，没有误差积累。常规测量工作中，作业往往都是连续的，误差一站一站的积125累下去。GPS RTK测量是独立设点的，不会有误差积累。测量过程是自动进行，没有人为因素造成的错误，测量数据比较可靠稳定。
3 地籍测绘的精度要求
3.1 地籍控制测量精度要求
地籍控制测量必须遵循从整体到局部，由高级到低级分级控制（分级布网，但也可越级布网）的原则。地籍控制测量分为基本控制测量和地籍控制测量两种。基本控制测量分一、二、三、四等，可布设相应等级的三角网（锁）、测边网、导线网和GPS网等。在基本控制测量的基础上进行地籍控制测量工作，分为一、二级，可布设为相应级别的三角网、测边网、导线网和GPS网。
地籍平面控制测量坐标系统尽量采用国家统一坐标系统，条件不具备的地区，可采用地方坐标系或任意坐标系。精度指标是GPS网技术设计的一个重要的量化指标，它的大小将直接影响GPS网的布设方案、观测计划以及观测数据的处理方法。地籍控制测量的精度是以界址点的精度和地籍图的精度为依据而指定的。根据《地籍测量规范》规定，地籍控制点相对起算点中误差不超过±0.05 m。
3.2 地籍碎部测量精度要求
地籍碎部测量即界址点和地物点坐标、地类要素的获取，包括定境界线，土地权属界址线和界址点，房屋及其他构筑物的实地轮廓，铁路、公路、街道等交通线路，海岸、滩涂等主要水工设施的测绘。界址点是界址线或边界线的空间或属性的转折点，而界址点坐标是在某一特定的坐标系中利用测量手段获取的一组数据，即界址点地理位置的数学表达。界址点坐标的精度，可根据测区土地经济价值和界址点的重要程度来加以选择。在我国。考虑到地域之广大和经济发展不平衡，对界址点精度的要求也应有不同的等级。
4 GPS地籍控制网的建立
4.1 布网原则与观测方案的拟定
地籍控制测量就是测设地籍基本控制点和地籍图根控制点，是为开展初始土地登记、建立基础地籍资料、以及日常地籍的动态管理而布设的平面测量控制。根据国家土地局颁布的《城镇地籍调查规程》要求，地籍平面控制网可布设为二、三、四等三角网、三边网及边角网，一、二级小三角网（锁），一、二级导线网及相应等级的GPS网，并且各等级地籍平面控制网点，根据城镇规模均可作为首级控制。利用GPS技术进行地籍控制，没有常规三角网（锁）布设时要求近似等边。
4.1.1 基准设计
GPS网的基准包括网的位置基准、方向基准和尺度基准。而网的基准的确定是通过网的整体平差计算来实现。GPS网的基准设计，一般主要是指确定网的位置基准问题。确定网的位置基准，可选网中一点的坐标值并加以固定或给以适当的权，或者网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或稳拟平差，来确定网的位置基准。这种以最小约束法进行GPS网的平差，对网的定向与尺度没有影响，平差后网的方向和尺度以及网的相对精度都是相同的，但网的位置及点位精度却不相同。在网中选若干点的坐标值并加以固定，或者选网中若干点的坐标值并加以固定，或者选网中若干点的坐标值并给以适当的权，在确定网的位置基准的同时，将对GPS网的方向和尺度产生影响，其影响程度与约束条件的多少及所取观测值的精度有关。
4.1.2 选点与观测方案的拟定
由于GPS测量观测站之间不要求相互通视，而且网的图形结构也比较灵活，所以，选点工作远较经典控制测量的选点工作简便。但由于点位的选择对于保证测量结果具有重要意义，所以，在选点工作开始之前，应充分收集和了解有关测区的地理情况以及原有侧t标志点的分布及保持情况，以便确定适宜的观测站的位置。所选之点应对空通视，远离大功率电视塔、微波站、高频大功率雷达和发射天线等，远离大面积水域，玻璃幕墙，点位尽量不选在斜坡上，并且要便于观测和加密发展，交通方便的地方。
用GPS建立地籍测量控制网，点间不必都通视，每个点有两个方向通视就可，少数点一个方向通视也可以。点间距离可长可短，不必顾及图形结构，一个GPS网，其最短边可为600～1000 m，长边可达20～30 km。点位应从实际出发，以使用方便为原则。
4.2 观测数据的处理方法
4.2.1 观测数据的预处理
GPS数据预处理是对原始观测数据进行编辑、加工与整理，分流出各种专用的信息文件，为进一步的平差计算做准备。从原始记录中，通过解码将各项数据分类整理，剔除无效观测值和信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和测站信息文件等，然后进行观测数据的平滑、滤波、周跳探测、载波相位观测值的修复以及对观测值进行各项必要的改正。观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节，所以当观测任务结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核和评价，以便及时发现不合格的成果，并根据情况采取淘汰或重测、补测措施。同步边观测数据的检核，主要指观测数据的剔除和观值的残差之差。主要是由观测值的偶然误差和系统误差残余部分的影响与数据处理中所采用的模型密切相关。残差分析，主要是试图将观测值中的偶然差分离出来。
应用GPS技术进行地籍控制测量，首先对原始观测数据进行预处理，解算出各基线向量，然后对同步边观测数据检核、重复观测边的检核以及环闭合差的检核，并且三种检核均应满足设计书和现行GPS测量规范的精度指标要求。
4.2.2 测量数据的后处理
预处理完毕，根据预处理所获得的标准化数据文件，便可进行观测数据的平差计算。以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差作为观测信息，以一个点的WGS-84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的三维无约束平差。在无约束平差确定的有效观测量基础上，在国家坐标系或城市坐标系下进行二维约束平差。当只有一个国家点作为起算点时，可建立地方坐标系。在建立独立的地方坐标系时，若测区的平均高程超过一定数量，则以这个平均高程面作为坐标的投影面，测区离3'带中央子午线较远时，应选取通过测区中心的子午线作为坐标系的中央子午线。
4.2.3 观测数据的误差分析
在建立GPS地籍控制网时，影响控制网精度的主要因素是观测数据的精度，而影响观测数据精度的主要误差来源可分为：（1）与信号传播有关的误差。（2）与信号传播有关的误差。（3）与接收设备有关的误差以及地球自转、相对论效应等影响所造成的其它误差。
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关键词：GPS技术；地籍测绘；GPS 技术应用探讨
全球定位系统，把卫星作为控制点，并掌握瞬时坐标，对GPS卫星和接收天线之间的距离进行观测，确定使用者接收机相对及绝对的位置。GPS在观测站之间不用进行通视的工作，且具有观测时间短、精准度高的特点，进行静态定位的实践被缩减到几十分钟，动态的定位仅需要1-2分钟。因此，GPS定位所使用的仪器与传统仪器进行比较，GPS定位系统具有更高的自动化程度，可以全天候作业。
一、GPS技术在地籍测绘中应用的优势
（一）运行的效率较高
在地形不复杂的环境下，测量半径小于五千米的地区，只需要在地籍测绘中使用一次GPS技术便可以顺利的完成测量工作。传统测绘的方式与GPS技术相比，GPS技术在地籍测绘中减少了一定的劳动力，提高了工作效率，降低了工作中劳动的强度，并且也节省了地籍测绘工作的费用。
GPS技术可以精准的定位，在数据的测量时更加可靠准确，没有误差的累计。其中，在一定条件下，RTK技术的应用，可以把误差降到厘米内。GPS技术在应用时，没有过多的要求，只需要电磁波通视便可以进行，受外界干扰因素较少。GPS定位系统具有更高的自动化程度。
（二）广泛的应用
使用GPS技术进行测量时，因为与控制点不需要进行通视，所以可以降低控制点的选取要求。在地籍测绘中，GPS技术由于其速度较快、布点灵活及可以全天候的工作模式，被广泛应用。
（三）测量误差小
进行地籍调查的工作时，也需要进行地籍细部的测量，是为了减少调查地区数据的误差。在地籍调查时，对界址点的误差进行了明确的规定，这样，GPS技术又有的高精准度便满足了误差规定的要求。
二、GPS技术在地籍测绘的主要应用
GPS技术由于其具有速度快、精准度高及全天候工作的特点，不仅被广泛的应用到地籍测绘中，同时也使测绘工作中产生了巨大的改变。
（一）GPS技术在地籍控制测绘工作中的应用
在地籍控制测绘的工作中，应用了GPS技术，这种技术选取出的控制点需要与GPS点相符，不需要两点之间的同时，所以也不需要增设和测量常规的三角网的对角线。
1、地质控制网的测量
在进行地籍测绘时，需要测量全测区的工作，为地籍图和数据的采集打好基础。进行地籍控制的精度测量时需要根据视界址点及地籍图进行，不超过测量规范所规定的误差。在地籍测绘的控制测量工作中，主要包括基本控制的测量及地籍控制的测量。地籍控制的测量需要根据基本控制测量为基础。每种测量都需要设置相应的等级侧边及GPS网。
2、地籍控制的建立
地籍测绘控制测量的过程是基地地籍图的基本控制点和根控制点设定的过程。GPS网在设计时需要注意方向、位置和尺度。GPS网在选点时对空需要通视，可以不受电磁波传递的影响。对空通视不要求任意两点通视，只需要一点或者两个方向的点同时即可。在设点时需要远离雷达、电视塔等具有信号干扰的地点。
3、观测数据的处理
在进行数据的预处理后，可以在进行观测数据平差的计算时，把获得数据的标准值作为计算的基础。
（二）GPS技术在土地测量工作中的应用
由于GPS测量具有不同通视的特点，所以在控制点选取范围更加的广泛，GPS网状结构在精度影响上也比较小。所以GPS技术便满足了在城镇地籍调查的规范中，要求误差在五厘米范围的规定。
（三）GPS技术在土地勘测定界工作中的应用
在勘测定节点审核合格后，会被作为地籍调查和土地登记证办理的依据。在进行勘测定界的工作时，规定了征用精度及土地整理等内容。例如临界线和界址线与相邻的地物在距离误差上小于十厘米。在勘测定界处期，常规的测量仪器精准度不高且观测的范围小易受到外界因素的影响，不具有自动化的特点，工作劳动强度高。但随着GPS技术的应用，便很好的解决了这些问题，提高了测量的精准度及效率，并保证勘测定界成果的准确性。
总结：随着GPS技术逐渐的应用，给测绘行业带来了一定的技术改革。GPS技术具有一定的优势，并且这些优势都可以运用到地籍测绘的工作中。随着GPS技术不断的成熟，在数据传输的功能上也在不断的进步，并且在数据传输中在可靠性、稳定性及抗干扰性上也有了巨大的改进。数据传输的范围不断的扩大，也使软件系统在解算能力上有了一定的提高，所以，在地籍测绘工作中，GPS技术的发展空间会更加广阔。
参考文献：
[1]张华平，孙立恒，熊艳华.CORS 技术在农村地籍测量中的应用[J].江西煤炭科技，2011（4）.
篇8
关键词：GPS技术建筑变形 监测
中图分类号：P228.4文献标识码： A 文章编号：
前言
随着科学技术的进步和对变形监测的要求的不断提高，变形监测技术也在不断地向前发展。GPS技术由于具有定位速度快、全天候、自动化、测站之间无需通视、可同时测定点的三维坐标及精度高等特点，对经典大地测量以及地球动力学研究的诸多方面产生了极其深刻的影响，在工程及灾害监测中的应用也越来越广泛。
一、GPS 在变形监测中的应用现状
经过近十年的迅速发展,GPS观测边长相对精度已经能够达到10-9,比传统大地测量精度提高了3个量级。GPS 技术在变形监测方面主要应用于以下领域:
1利用GPS 技术解决了常规观测中需要多种观测的问题,观测结果能充分反映滑坡的全方位活动性,是监测滑坡变形、掌握滑坡发育规律的切实可行的技术;2利用GPS 技术可对大型建筑物位移实时监测,具有受外界影响小、自动化程度高、速度快、精度较高等优点,可以全天候测量被测物体各测点的三维位移变化情况,找出被测物体三维位移的特性规律,为大型建筑物的安全营运、维修养护提供重要的参数和指导;
3利用GPS 精密定位技术不仅可以满足水库大坝外观变形监测工作的精度要求,而且有助于实现监测工作的自动化。
4 GPS 技术还应用于地面、海上勘探平台及高层建筑物等的沉陷观测中。
二、GPS技术应用的优点
1自动化程度高
用GPS接收机进行测量时,仅需一人将天线准确地安置在测站上,两侧天线高,接通电源,启动接收单元,仪器即自动开始工作。在结束测量时,只需关闭电源,受接收机便完成野外数据采集。若在一个测站上需要作长时间的连续测量,还可实行无人值守的数据采集,通过数据传输,将所采集的定位数据传输到数据处理中心,实现自动化的GPS测量和计算。
2定位精度高
短距离(15公里以内)精度可达毫米级,中、长距离(十几公里甚至几百公里)相对精度可达到10.7～10.8。现在大型建筑物、构筑物变形监测,在采用特殊的观测措施、精密星历和适当的数据处理模型和软件后,平面精度可达亚毫米级,高程精度可稳定在1mm左右。
3可以实现全天候的实时动态观测
实时动态(Real Time Kinematic,简称RTK)测量技术,是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS(RTD GPS)测量技术,它是GPS测量技术发展中的一个新突破。该技术可通过实时计算定位结果,便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况,从而可实时地判定解算结果是否成功。应用GPS定位、导航,不受天气的影响,可以全天候地工作。这一特点保证了变形监测的连续性和自动化。对于巨型水库大坝、重要精密的构筑物等,需要实时掌握其稳定状态,采用GPS技术进行实时动态监测,是非常有效的。
4可消除或削弱系统误差的影响
在变形监测中我们关注的是两期的变形量,而不是变形监测点本身的坐标。两期变形监测中所含的共同的系统误差虽然会分别影响两期的坐标值,但却不会影响所求得的变形量。即在变形监测中,接收机天线的对中误差、正平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果,只要天线在监测过程中能保持固定不动即可。
5可直接用大地高进行垂直变形测量
由于GPS定位系统测定的是大地高,而在垂直位移监测中我们关注的只是高程变化因而完全可以在大地高系统中进行监测。目前IGS提供的精密星历足以保证大地高系统的稳定性,从而避免在高程系统的转换过程中精度的损失。
6应用前景广阔
由于GPS技术不仅具有以上优点,而且具有全球、无误差积累等优点。使观测工作效率大大提高,同时也节省了大量的人力和物力。因此,GPS定位技术在变形监测中迅速得到了推广,成为一种新的很有前途的变形监测方法。
三、GPS变形监测技术的发展趋势
全球定位系统GPS经过近十年的迅速发展成熟,它可以用比较低的投入就能达到比较满意的观测精度。目前GPS观测边长相对精度已经能够达到10 - 9的相对精度,比传统大地测量精度提高了三个量级,短边和点位精度也达到毫米级。 GPS技术在变形监测方面主要是应用于以下几个领域:
1滑坡变形监测,利用GPS技术解决了常规观测中需要多种观测的问题,观测结果能充分反应滑坡的全方位活动性,对监测滑坡变形、掌握滑坡发育的规律切实可行;
2大型构筑物位移实时监测,该技术具有受外界影响小、自动化程度高、速度快、精度较高等优点,可以全天候测量被测物体各测点的三维位移变化情况,找出被测物体三维位移的特性规律,为大型建筑物的安全营运、维修养护提供重要的参数和指导作用。
3水库大坝外观变形监测,GPS精密定位技术不仅可以满足大坝变形监测工作的精度要求,而且更有助于实现监测工作的自动化。另外,GPS技术还用于地面沉陷、海上勘探平台沉陷及高层建筑物等的沉陷观测。因此,可以说GPS技术在工程变形监测系统、工程施工的自动控制系统是未来应用研究的重要方向之一。
另外GPS与INSAR集成组合产生了GPS/ INS系统,实现了两者的优势互补,从离散点位测定进入到四维形变场( x,y,z,t)的整体动态精确测定,不仅使GPS变形监测技术范围更加广阔,还使大地测量学又派生了一个新的分支——“影像大地测量学(Imageodesy) ”。现在GPS监测技术不仅可以应用于水库大坝、各种滑坡的外观形变监测等精密形变监测中,而且现在GPS等空间测地技术已经开始研究板块运动、亚板块运动等问题,这在过去是不敢想象的。GPS等空间测地技术的应用大范围、整体性地进行地壳运动观测,将使地壳形变观测在空间域的控制能力和分辨能力极大地提高,这给GPS等大型工程的变形监测发展带来了新的机遇,也为推进高精度变形监测的研究注入了新的活力。
在1993年Rock Santerre和Gerhard Beutler还提出了一机多天线概念,但是这种想法只是改进接收机内部结构,是不能降低硬件设备的费用,而且天线的数量非常有限。所谓一机多天线就是一个GPS接收机与多个简单的GPS天线连接,只用一个接收机处理各天线接收传送下来的GPS观测信号。1999年DingXL提出了另一种完全不同的一机多天线的思想并成功研制了一机多天线GPS变形监测系统，既不改变目前已有的GPS接收机结构,而通过一个附加的GPS信号分时器来实现一机多天线。这一思想在设计上是多天线阵列与接收机的连接使用一个时分单通连接开关即GPS多天线转换开关GMS(GPSMulti antenna Switch)能与任意多个GPS天线相连,由于GMS从一天线转换置下一天线在返回到该天线时,接收机记录数据表现为失锁,同时这种转换是瞬时完成的当监测区域不大时,重捕获的时间只需数秒,所以在两根天线之间转换时,应作为一个采样历元的间隔停留,以便处理软件识别和区分来自不同天线的数据。当实践证明,采用一机多天线GPS系统,不仅大大节省硬件设备费用的投入,而且能够有效地应用于局部变形监测之中。
结束语
GPS 技术应用于变形监测领域,已经有了广阔的空间,但是目前的高精度的GPS 数据处理软件的专业化太强,需要很高的专业技术,在普通的应用中有很大的限制。因此,GPS 定位技术作为一种新的很有前途的变形监测方法,它的发展空间还很大,将会越来越趋向于自动化、智能化、经济化等。
参考文献
[1] 薛永安. GPS变形监测数据处理方法研究与软件研制[D]. 太原理工大学 2006
[2] 吴江淮. 建筑物静态变形监测数据分析与处理[D]. 同济大学 2007
篇9
关键词：低信噪比；GPS；室内环境；高灵敏度
Abstract: The essence of the indoor environment GPS positioning technology is low SNR signal processing problems, this paper introduces the weak GPS signal acquisition, weak GPS signal code tracking, indoor environment position solution and auxiliary GPS positioning these GPS positioning technology in the indoor environment, and does some main the acquisition algorithm for GPS signal by computer simulation, puts forward some key technical improvement methods, and finally gives a high sensitivity GPS software receiver design scheme.
Key words : low signal to noise ratio; GPS; indoor environment; high sensitivity
中图分类号: P228.4文献标识码:A文章编号：2095-2104（2012）
1．引言
室内环境GPS 定位与导航技术的研究实质上是围绕室内环境下微弱GPS信号捕获、跟踪、处理及其应用展开的，室内环境GPS 应用技术与接收机的弱信号捕获和跟踪能力、定位速度、定位精度、信号处理等方面的技术创新密切相关。室内环境GPS 应用技术的丰富内涵与巨大的实用价值吸引了许多科研机构及相关单位的关注，室内环境的导航和定位技术已经成为GPS研究界的一个研究热点。因此，开展高精度GPS室内定位技术对于实现室内环境下的高精度GPS导航定位，扩展GPS技术的应用领域具有重要意义。
2．微弱GPS 信号捕获技术
室内环境弱GPS信号捕获技术是指通过算法来提高接收机的处理增益，使其能够捕获一般GPS 接收机所不能捕获的弱GPS信号，是高灵敏度GPS技术的核心。有两个因素限制积分累积时间，其一是GPS 信号存在相位反转情况，一般捕获方法其积分累积时间不能超过20ms；其二是本地接收机时钟频率和收到的GPS信号频率不匹配，并且积分时间的增加将大大增加需要搜索的多普勒频点数，这也限制了积分时间。
2.1 相关累积和非相关累计
GPS 信号的捕获过程就是一个在多普勒频点和伪码相位延迟上的二维搜索过程，当累积结果大于设定的门限就表示捕获成功，反之表明捕获失败。常用的改善检测统计量信噪比的方法有相干积分和非相干积分。由于C/A 码的周期是1ms，把每个C/A 码周期的处理结果直接进行累加称为非相关累计，通过这种方法其检测统计量信噪比可以得到提升。但是，非相关累计存在所谓的“平方损失”，使信噪比的改善效果大打折扣。相关累积的方法是对输入的信号按C/A 码长度进行分段并对应叠加，形成1 个C/A 码周期长度的叠加信号，再做相关卷积。相关累积能够显著提高信噪比，但是，相关累积时间不能太长，原因有二：第一，由于GPS 的导航电文每20ms可能发生比特翻转，在尚未确定比特起始位置时，相干累积时间不能超过20ms；第二，相关累积的结果乘有系数因子为：sin(πfT)/( πfT)，其中f 是接收信号载波与本地载波的频率差值。在f 一定的情况下，增大T 会导致函数值变小，相关值衰减会更严重。为了能检测到相关峰，必须将相关峰的衰减限制在可容忍的范围内，在满足这个前提下增大相关累积时间T，就意味着要将实际频差f 控制在更小的范围内，这样就必须缩小频域搜索的步长，在频域搜索范围不变的情况下，就必须增加频域搜索次数，最终会大大延长搜索时间。在相关累积时间T 的选择上，处理增益的提高与搜索时间很难兼顾。通常情况下我们可以采用相关累积结合非相关累计的方法来对GPS 信号进行捕获。通过相关累积结合非相关累计的方法可以使GPS 信号的信噪比得到一定的改善同时也可以在一定程度上克服相关累积和非相关累计的缺点。
2.2 估计导航数据最佳组合的圆周相关法
圆周相关算法很适合软件接收机，基本过程为：对1ms输入数据寻找C/A 码的起始点，采样频率为5MHz，输出信号的中心频率为1.25MHz，获取方法必须保证在10KHz频率范围内实现信号搜索，以覆盖多普勒频率，因此搜索的频率范围为1250±10KHz，分辨率是1 KHz，产生21 个频率分量。用Matlab 对圆周相关算法进行仿真，得到GPS 信号捕获结果如图1 和图2 所示，从图1 中我们可以判断出，最大相关峰值出现在3169 点处，该点为C/A 码的起始点。从图2 可以看出，最高的峰值出现在第15 个频率点上。从仿真图可以看出，圆周相关算法能够很好的完成GPS 信号C/A 码的捕获工作。但圆周相关算法对弱信号的捕获效果不是很明显，通常情况下可以增加数据长度，在圆周相关算法基础上，采用相关累积和非相关累积的方法来提高信噪比。
2.3 差分相关捕获算法
相干累加方法的累加时间选择问题和非相干累加方法的“平方损失”问题，导致它们在低信噪比应用中存在比较大的局限性。而差分相关捕获算法则能较好地解决上述两个问题，既能明显改善检测统计量的信噪比，又不会显著增长捕获时间。与相干累加相比，差分相关捕获算法中“差分”的处理使得算法对导航电文的比特翻转不敏感，差分后的“累加”使算法对相干累加时间长度的要求降低，从而对频差容忍度较高，捕获时间不会显著增长。另外，差分相关捕获算法中相邻样点的噪声共轭相乘，对噪声的放大相对较小。因此，差分相关捕获算法对GPS 弱信号有较好的捕获效果。用Matlab对差分相关算法的捕获率进行了仿真，在仿真过程中设定恒虚警率为10-4。图3 为捕获率随载噪比变化曲线，图4 为捕获率随累加次数变化曲线。
从图3 中可以看到：随着载噪比的增高，捕获率迅速提高，并且差分相关捕获设置门限方式在低噪比30dBHz 就有90%的捕获率，在32dBHz 就有接近1 的捕获率。从图4 可以看到：捕获率随累加次数增加而单调上升，在累加次数在28 次时，捕获率达到99%以上，此时性能已经比较令人满意了。
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关键词: GPS测绘工程测量；应用
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
GPS 技术的出现，对测绘界来说无疑是一场技术革命。随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟，RTK 测量技术逐步在测绘中得到应用。RTK 测量技术因其精度高、实时性和高效性，使得其在测绘中的应用越来越广。GPS RTK 技术在测量中的应用，使测量方法发生了质的变化，真正实现了测量的单兵作业，经济效益是相当可观的。
1、RTK 技术概述
实时动态（RTK） 测量系统，是GPS 测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。RTK 测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 测量技术，其基本思想是： 在基准站上设置1 台GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS 接收机在接收GP S 卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。
2、RTK 技术的应用
（1）控制测量为满足城市建成区和规划区测绘的需要，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS 静态测量，点间不需通视且精度高，但需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK 技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。
（2）线路中线定线RTK 测量技术用于市政道路中线或电力线中线放样，放样工作一人也可完成。将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK 的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，即能按桩号也可按坐标放样，并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定的为止。
（3）建筑物规划放线，放线点既要满足城市规划条件的要求，又要满足建筑物本身的几何关系，放样精度要求较高。使用RTK 进行建筑物放样时需要注意检查建筑物本身的几何关系，对于短边，其相对关系较难满足。在放样的同时，需要注意的是测量点位的收敛精度，如果点位收敛精度不高的情况下，强制测量则有可能带来较大的点位误差。在点位精度收敛高的情况下，用RTK 进行规划放线一般能满足要求。
（4）用地测量在建设用地勘测定界测量中，RTK 技术可实时地测定界址点坐标，确定土地使用界限范围，计算用地面积，在土地分类及权属调查时，应用RTK 技术可实时测量权属界限、土地分类修测，提高了测量速度和精度。
（5）大比例尺地形图测绘中，RTK 技术的应用，使得测图更加的方便。用RTK测图，可不用布设图根控制点，仅依据少量的基准点，即可直接测定地形地物点坐标和高程数据，使用起来非常的方便和快捷，精度也高。比传统的测量方法更加省时，省力，即提高了效率，又节约了人力，物力。
3、GPS在工程测绘应用中的几种作业方法
（1）利用GPS静态定位技术进行首级控制测量， 用动态GPSRTK进行图根控制加密，采用全站仪进行全数字化野外数据采集，成图软件电脑绘制电子图的方法。
（2）利用GPS RTK直接进行全野外数据采集。内业用数字化成图软件绘制电子图的方法。①无需进行各级控制点和图根点的加密，仅仅依据一定数量的基准点通过坐标转换，便可高精度、快速测定地物点的三维坐标数据，通过编码还可以记录其属性数据。②操作简单、快捷方便效率高。在基准站设置完成开通后，整个系统只需一人持流动站接收机作业，另一人现场绘制草图和记录即可完成作业。
（3）利用GPS RTK放样功能，配合图板，现场绘制不同比例尺白纸图。
这种方法仅适用于地面构筑物比较简单，测量范围较小的小型市政工程测绘。这种方法和用经纬仪配合小平板测图的道理一样。其具体做法是：外业时安置并设置好基准站和流动站，将规划坐标通过RTK电子手薄编辑输入到所建文件目录中，开始测量时，用线放样功能输入测段起止点号，此时，电子手薄上会显示所测量的地物点是在放样起止点的连线上、还是在连线的左边或右边，以及该点到起点的距离及到起止点连线的垂距信息。
4、GPS RTK在测量作业中遇到的具体问题和解决办法
任何一种先进的仪器设备都有其弊端，GPS RTK也不例外。其主要缺点是对测量环境要求苛刻。由于影响GPS信号传播和接收的因素较多．实地测绘时又不能像控制布网一样．可以对控制点周边环境进行选择，所以。用GPS RTK进行碎步点采集时，很难畅快淋漓的发挥其作用。
（1）测绘地物点处无接收信号时的测量方法
GPS RTK在测量中经常会遇到这样的情况：测量地物时，流动站手持杆置于所测地物点上．RTK难以初始化，接收机接受不到信号或信号很弱．无法直接测量出其坐标位置。若等待接受信号。会耗时较多并影响作业效率。遇到这种情况，我们总结出了几种方法可以有效的测算出其平面坐标。①平移法(或称借距法)主要是针对矩形地物和线性地物。如楼房、围墙等。以围墙为例，要测出围墙的位置．沿直围墙两端并垂直围墙分别向同侧平移出一段距离L，用RTK测出平移后两端点的平面坐标，绘出草图、做好标注即可。内业制图时，再依据草图平移回L米恢复原位，就可绘出该围墙。②延伸法主要是针对点状地物。要测出地物点A点的坐标，任选一点A1，量出A、A1两点之间的距离L，并在A、Al的延长线上定出一点A2，然后．可用RTK测量出A1、A2两点的坐标。有了A1、A2两点的坐标和A、A1两点之间的距离L(A、A1、A2三点在一条直线上，就可获得A点的坐标。这两种方法都是将被测地物点借出一距离，在GPS RTK能够接收到信号的地方，观测其点位坐标，然后通过恢复和计算获得待定点坐标的方法。
（2）测绘地物点不能到达时的测量方法
作业者无法到达要测量的地物点上，或者无法在所测地物点放置RTK接收机。如淹没在水中的电线杆或烟囱等。遇到这类问题，采用交会法测量其坐标位置非常容易。其做法是：用RTK分别在两个对准地物点方向连线上各采集两个坐标点，每两个坐标点连线交于地物点，有了这四个坐标就可获得地物点的坐标，绘出其平面位置。
5、结束语
与以往传统的工程测绘方法对比，GPS 测绘更具时代性意义，同时其定位精准、成本较低、点间无需通视，更重要的是不受自然天气因素影响，另外设备本身轻巧方便，操作科学简单，经过二十多年的努力实践证明，GPS 定位系统是一个准确精度高、全球全天候的智能无线电导航，在工程测量中得到了广泛的应用。
参考文献：