【正文】 星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間 ,但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。 用戶(hù)設(shè)備部分即 GPS 信號(hào)接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截黑龍江工程學(xué)院成人教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，即可測(cè)量出接收天線(xiàn)至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率 ,解調(diào)出 衛(wèi)星軌道參數(shù) 等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算 方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶(hù)所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi) 軟件 以及 GPS 數(shù)據(jù)的后處理 軟件包 構(gòu)成完整的 GPS 用戶(hù)設(shè)備。 GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線(xiàn)單元和接收單元兩部分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的 目的在于更換外電源時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電源時(shí)機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為 RAM 存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類(lèi)型的接受機(jī)體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外觀測(cè)使用。 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶(hù)接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶(hù)到衛(wèi)星的距離則通過(guò)紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶(hù)所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到 (由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶(hù)與衛(wèi)星之間的 真實(shí)距離，而是偽距（ PR）：當(dāng) GPS 衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用 1和 0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)稱(chēng)偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。 GPS 系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的 C/A 碼和軍用的 P(Y)碼。 C/A碼頻率 ,重復(fù)周期一毫秒，碼間距 1 微秒，相當(dāng)于 300m； P碼頻率 ，重復(fù)周期 天，碼間距 微秒，相當(dāng)于 30m。而 Y碼是在 P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來(lái)，以 50b/s 調(diào)制 在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含 5個(gè)子幀每幀長(zhǎng) 6s。前三幀各 10 個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共 15000b。 導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第 3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶(hù)接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶(hù)的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶(hù)在 WGS84 大地 坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知 。 其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要有以下幾點(diǎn) [1]： ? 在大地測(cè)量、工程測(cè)量中的應(yīng)用： 由于 GPS 系統(tǒng)具有精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)今建立大地及工程控制網(wǎng)基本上是采取 GPS 定位技術(shù)，取代了常規(guī)手段。國(guó)家 A 級(jí)和 B級(jí) GPS 大地控制網(wǎng)分別于 1996 年和 1997 年建成并交付使用， A級(jí)網(wǎng)， 30個(gè)點(diǎn)組成，其水平方黑龍江工程學(xué)院成人教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 向的重復(fù)精度達(dá) 210 － 8，垂直方向不低于 710 － 8。 B級(jí)網(wǎng)由 800 個(gè)點(diǎn)組成，其精度也分別好于 410 － 7 和 810 － 7。國(guó)家 A、 B 級(jí)網(wǎng)以其特有的高精度把我國(guó)傳統(tǒng)大地網(wǎng)進(jìn)行了全面改善和加強(qiáng)，從而克服了傳統(tǒng)大地網(wǎng)的精度不均勻，系統(tǒng)誤差較大等傳統(tǒng)測(cè)量手段不可避免缺點(diǎn)，這一高精度三維空 間大地坐標(biāo)系的建成將為我國(guó) 21 世紀(jì)前 10年的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)測(cè)繪保障。據(jù)報(bào)道在三峽二期工程施工中采用 GPS 定位技術(shù)建立施工控制網(wǎng)，取得很好的效果，可以滿(mǎn)足其相應(yīng)的精度要求；在青藏鐵路的建設(shè)中，從勘測(cè)到施工均采用了 GPS 定位技術(shù)，都取得了很好的效果。為了在測(cè)繪領(lǐng)域充分利用這一新技術(shù)，國(guó)家測(cè)繪局專(zhuān)門(mén)頒布了《全球定位系統(tǒng)（ GPS）測(cè)量規(guī)范》。 ? 在地籍和房產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用： 地籍及房地產(chǎn)測(cè)量是精確測(cè)定土地權(quán)屬界址點(diǎn)位置，同時(shí)測(cè)繪大比例尺地籍平面圖和房產(chǎn)圖并量算土地和房屋面積，供土地和房產(chǎn)管理部門(mén)使 用。常規(guī)方法通常是先布設(shè)或加密控制點(diǎn)，然后依據(jù)這些點(diǎn)，測(cè)定地物點(diǎn)和地形點(diǎn)在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號(hào)繪制成平面圖。而利用 GPS 定位技術(shù)，特別是采用 RTK 技術(shù)替代常規(guī)方法測(cè)繪地籍及房產(chǎn)成為可能。由于它不需要逐級(jí)布網(wǎng)加密，在測(cè)區(qū)只需少量的控制點(diǎn)即可。因此，它具有速度快，精度高且分布均勻等特點(diǎn)。 ? 在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用： 我國(guó)正處在全面基礎(chǔ)建設(shè)中，尤其是西部大開(kāi)發(fā)，大型、特大型工程不斷涌現(xiàn)，為了這些工程的正常、安全地運(yùn)行，必須對(duì)它進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)和安全預(yù)報(bào)，工程變形監(jiān)測(cè)通常要達(dá)到毫米或亞毫米級(jí)的精度， 武漢測(cè)繪科技大學(xué)做了這方面的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明 GPS 定位技術(shù)用于各種工程變形監(jiān)測(cè)是可行的。隔河巖水電站大壩外觀變形 GPS 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)，應(yīng)用廣播星歷 1~2 小時(shí) GPS 觀測(cè)資料解算的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，水平精度優(yōu)于 ，垂直精度優(yōu)于 ， 6小時(shí)的 GPS觀測(cè)資料解算，水平精度、垂直精度均優(yōu)于 1mm。 ? 在資源勘察方面的應(yīng)用： 礦產(chǎn)資源勘查、礦區(qū)范圍的劃定、礦體規(guī)模的測(cè)定等都需要進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量。以往的地質(zhì)測(cè)量工作主利用傳統(tǒng)手段如經(jīng)緯儀、全站儀等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行人工測(cè)量，然后在室內(nèi)整理計(jì)算得到最終 結(jié)果。這樣做不但工作量大，浪費(fèi)大量的人力、物力，且測(cè)量結(jié)果精度還較低。時(shí)間周期也長(zhǎng)，不能及時(shí)反映礦產(chǎn)資源的實(shí)際現(xiàn)狀。黑龍江省國(guó)土資源廳在哈爾濱市、大慶市、佳木斯市進(jìn)行了試驗(yàn)性工作，建立和使用GPS2020 系統(tǒng)，開(kāi)展各市的礦產(chǎn)資源勘察動(dòng)態(tài)管理工作，減少礦區(qū)范圍界限定位誤差，提高對(duì)地礦資源的有效管理，取得了較好的成果。 黑龍江工程學(xué)院成人教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 ? 航海、航空方面 ： 歐洲的 Galileo 便是新建的全球?qū)Ш叫亲?，它與 GPS 配合起來(lái)，可以大大提高導(dǎo)航衛(wèi)星的可用性，使單一的 GPS 市區(qū)可用性從 55%提高到 GPS/Galileo 共用時(shí)的95%。 GPS 技術(shù)建立廣域增強(qiáng)系統(tǒng) (WAAS)逐步代替原先的微波著陸 /儀表著陸系統(tǒng)，美國(guó)的 WAAS 系統(tǒng)計(jì)劃在 2020 年下半年運(yùn)營(yíng)，地面改正數(shù)據(jù)可以通過(guò)靜地衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給飛機(jī)。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)廣泛地用于海上行駛的各類(lèi)船只， DGPS 則廣泛地用于沿岸與進(jìn)港，以及內(nèi)河行駛的船只，精度可達(dá)到 23m。在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)與無(wú)線(xiàn)通信手段集成后，該系統(tǒng)便成為一個(gè)位置報(bào)告系統(tǒng)和緊急救援系統(tǒng)。許多漁船將 GPS 與雷達(dá)和魚(yú)探器結(jié)合在一起，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 ? 其他方面 ： 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)可與無(wú)線(xiàn)電通信機(jī)結(jié)合，這種融合產(chǎn)生的意義是非常深 遠(yuǎn)的。實(shí)際上，這是移動(dòng)計(jì)算機(jī) (PDA)、蜂窩電話(huà)和 GPS 接收機(jī)的系統(tǒng)集成和完美整合。消費(fèi)娛樂(lè) 徒步旅行者、獵人、越野滑雪者，野外工作人員和戶(hù)外活動(dòng)者現(xiàn)在常應(yīng)用袋式 GPS 定位器，配上電子地圖，可以在草原、大漠、鄉(xiāng)間、山野或無(wú)人區(qū)內(nèi)找到自己的目的地。還有在車(chē)輛監(jiān)控管理、汽車(chē)導(dǎo)航與信息服務(wù)等也有廣泛的應(yīng)用。 GPS 系 統(tǒng) 的前身為美軍研制的一種 子午儀 衛(wèi)星定位系統(tǒng) (Transit）， 1958 年研制， 64年正式投入使用。該系統(tǒng)用 5到 6 顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過(guò)地球 13 次，并且無(wú)法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門(mén)對(duì)衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，并驗(yàn)證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位的可行性，為 GPS 系統(tǒng)的研制埋下了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對(duì)潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨 大缺陷。美國(guó)海陸空三軍及民用部門(mén)都感到迫切需要一種新的 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 。 全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning System 簡(jiǎn)稱(chēng) GPS）是美國(guó)從上世紀(jì) 70年代開(kāi)始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力。它是當(dāng)今世界上最實(shí)用，也是應(yīng)用最廣泛的全球精密導(dǎo)航、指揮和調(diào)度系統(tǒng)。自 1992 年起，國(guó)際 GPS大地測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)服務(wù) IGS，已在全球建立了多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理中心和百余個(gè)常年觀測(cè)的臺(tái)站。我國(guó)也于 1995 年開(kāi)始分步建設(shè)北京、上海、武漢、拉薩、烏魯木齊、西安、西寧、昆明、?？?、哈爾濱等 GPS 永久性跟蹤站，這些跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)每天通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)傳向美國(guó)的數(shù)據(jù)處理中心。用戶(hù)可以免費(fèi)從 INTERNET 網(wǎng)上取得 IGS 發(fā)布的觀測(cè)數(shù)據(jù)和精密星歷等產(chǎn)品。目前， GPS 技術(shù)已普遍應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)黑龍江工程學(xué)院成人教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 量、地殼形變監(jiān)測(cè)、航空攝影測(cè)量以及海洋測(cè)繪等諸多測(cè)量領(lǐng)域。可見(jiàn)， GPS 定位技術(shù)已經(jīng)使測(cè)量技術(shù)經(jīng)歷了一場(chǎng)深刻的變革，從而 進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。 由于 GPS 技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域 隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，美國(guó)政府宣布 2020 年至 2020 年期間，在保證美國(guó)國(guó)家安全不受威脅的前提下，取消 SA 政策， GPS 民用信號(hào)精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用 C/A 碼進(jìn)行單點(diǎn)定位的精度由 100米提高到 20米，這將進(jìn)一步推動(dòng) GPS 技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激 GPS 市場(chǎng)的增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在美國(guó) ，單單是 汽車(chē) GPS 導(dǎo)航系統(tǒng) ， 2020 年后的市場(chǎng)將達(dá)到 30億美元，而在我國(guó)， 汽車(chē)導(dǎo)航 的市場(chǎng)也將達(dá)到 50億元人民幣?？梢?jiàn)， GPS 技術(shù)市場(chǎng)的應(yīng)用前景非?？捎^。 RTK技術(shù)在道路測(cè)量中的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn) RTK 技術(shù)在道路測(cè)量中的應(yīng)用 ? 繪制大比例地形圖 ： 高等級(jí)公路選線(xiàn)多是在大比例尺 （ 通常是 1:2020或 1:1000)帶狀地形圖上進(jìn)行 ，用傳統(tǒng)方法測(cè)圖 , 先要建立控制網(wǎng) , 然后進(jìn)行碎部測(cè)量 , 繪制成大比例尺地形圖 ,其工作量大速度慢 , 花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。用實(shí)時(shí) GPS 動(dòng)態(tài)測(cè)量 , 構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在室內(nèi)即可由繪圖軟件成圖 , 由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息 , 而且采集速度快 , 大大降低了測(cè)圖的難度 , 既省時(shí)又省力。 ? 控制測(cè)量 ： 用 GPS 建立控制網(wǎng) ， 最精密的方法當(dāng)屬靜態(tài)測(cè)量。對(duì)大型建筑物 ， 如特大橋 、隧道、互通式立交等進(jìn)行控制 ， 宜用靜態(tài)測(cè) 量 。 而一般公路工程的控制測(cè)量 ， 則可采 用 RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量。這種方法在測(cè)量過(guò)程中能實(shí)時(shí)獲得定位精度。當(dāng)達(dá)到要求的點(diǎn)位精度 ， 即可停止觀測(cè) ， 大大提高了作業(yè)效率。由于點(diǎn)與點(diǎn)之間不要求通視 ， 使得測(cè)量更簡(jiǎn)便易行。 ? 線(xiàn)路勘測(cè) ： 在公路選線(xiàn)過(guò)程中 ， 我們往往要按照勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范 ， 本著盡量減少占用農(nóng)田、少拆遷房屋并盡量利用舊路路基這樣一個(gè)原則 ， 為了準(zhǔn)確設(shè)計(jì)好道路中線(xiàn)路使其符合設(shè)計(jì)要求 , 我們可以利用 GPSRTK 技術(shù) , 用車(chē)載 GPSRTK 接收機(jī)做流動(dòng)站 ，沿原路中線(xiàn)按一定間隔采集數(shù)據(jù) ， 選擇另一已知點(diǎn)為參考站 ， 遇到重要地物 ， 準(zhǔn)確定位 ， 最后將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī) ， 利用 AutoCAD 軟件可以方便在計(jì)算機(jī)上選線(xiàn)。設(shè)計(jì)黑龍江工程學(xué)院成人教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 人員在大比例尺帶狀地形圖上定線(xiàn)后 ， 需將公路中線(xiàn)在地面上標(biāo)定出來(lái) ， 并得到中樁點(diǎn)坐標(biāo)及坐標(biāo)文件。采用實(shí)時(shí) GPS 測(cè)量 ， 只需將中樁點(diǎn)坐標(biāo)或坐標(biāo)文件輸入到GPS 電子手簿中 ， 系統(tǒng)軟件就會(huì)自動(dòng)定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的 ， 所以不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差 , 各點(diǎn)放樣精度趨于一致。 ? 道路的中線(xiàn)測(cè)設(shè) ： 設(shè)計(jì)人員在大比例尺帶狀地形圖上定線(xiàn)后 ， 需將公路在地面標(biāo)定出來(lái)。采用動(dòng)態(tài) GPS 測(cè)量 ， 只需將中線(xiàn)主點(diǎn)的坐標(biāo)輸入 GPS 接收機(jī)中 ， 系統(tǒng)就會(huì)定出放 樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量都是獨(dú)立完成的 ， 不會(huì)產(chǎn)生累積誤差 ， 各點(diǎn)放樣精度趨于一致。 ? 公路縱、橫斷面放樣 ： 公路中線(xiàn)確定 ， 利用中線(xiàn)樁點(diǎn)坐標(biāo) ， 通過(guò)繪圖軟件 ， 即可給出路線(xiàn)縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。由于所用數(shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集來(lái)的 ， 因此不需要再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量。從而大大減少了外業(yè)工作。如果需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)斷面測(cè)量時(shí) ， 也可采用動(dòng)態(tài) GPS 測(cè)量。與傳統(tǒng)方法相比 ， 在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用各方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。 ? 施工測(cè)量 ： 動(dòng)態(tài) GPS系統(tǒng)既有良好的硬件 ， 也有極其豐富的軟件可選擇。施工中對(duì)點(diǎn)、線(xiàn)、面以及坡度等放樣均很方便 、快捷 ， 精度可達(dá)到厘米級(jí)。隨著動(dòng)態(tài) GPS 測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展、完善 ， 將更加充分的顯示出這一技術(shù)的高精度和高效益 ， 它會(huì)為公路工程建設(shè)的發(fā)展和進(jìn)步發(fā)揮更大的作用 。 RTK技術(shù)在道路測(cè)量中的優(yōu)缺點(diǎn) ? 優(yōu)點(diǎn)： ① 工作效率高。在一般的地形地勢(shì)下 , 高質(zhì)量的 RTK 設(shè)站一次即可測(cè)量完 4km 半徑的測(cè)區(qū) , 大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的設(shè)站次數(shù) , 移動(dòng)站一人操作即可 , 勞動(dòng)強(qiáng)度底 , 作業(yè)速度快 , 提高了工作效率。 ② 定位精度高。只要滿(mǎn)足 RTK 的基本工作條件 , 在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi) ( 一般 為 4km) , RTK 的平面精度和高程精度都能達(dá)到 cm級(jí)。 ③ 全天候作業(yè)。 RTK 測(cè)量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)通視 , 只要求滿(mǎn)足 “電磁波 ”通視 , 因此和傳統(tǒng)測(cè)量