浅谈GPS在工程测量中的应用
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天
工 柱
２８ 第３ 总 ７ ０ 年 期（第７期） ０
浅 谈 ＧＰ Ｓ在 工 程 测 量 中 的应 用
齐 庆祥 徐 彬
（ 华盾 工程 监理 咨询 有 限公 司 ）
摘要 ：ＧＰ Ｓ全球定位系统 （ ｏ ａ Ｐ ｓｉｎｎ ｙｔｍ）是美 国研 制并在 １９ Ｇｌｂ ｌ ｏｉｏ ｉｇＳ ｓ ｔ ｅ ９ ４年投入使 用的 卫星导航与 定位 系统，具有全球性 、 全 能性 、全天候优势的导航定位、定时、测速系统等。在最近 的几年得到了迅速摊 广，其 应用技 术已遍及 测量 学、导航 学及其相关各 个领域 。其中的测量技术正逐步取代平面控制测量，成 为测量学的主流，广 泛用 ｊ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 。
ＧＰ Ｓ测 量定位 系 统 由空问卫 星群 、地面 监控 系 统和用 户部分 （ 星接 收设 备 ）几部分 组成 。 卫
（ ） 空 问 卫 星 群 。 ＧＰ １ Ｓ的 空 问 卫 星 群
利 用信 号进 行导 航定 位等 。在测 量领 域 ，随着 现 代 科学 技术 的发 展 ，体积 小 、重量轻 便 于携带 的 Ｇ Ｓ定位装 置和 高精 度 的技术 指标 为工程 测量 带 Ｐ 来 了极 大 的方便 。
的位 置 （ 维 坐 标 ） 三 。从 而用 距 离 交会 的方 法求
得 Ｐ点的三 维坐标 （ ｐＹ ，Ｚ ） Ｘ ，ｐ ｐ ，其 数学 式 为：
Ｓ ２ ［ ｐＸ ２ （ ｐＹ ＡＰ ＝ （Ｘ — Ａ） ＋ Ｙ —Ａ） ＋ Ｚ ＋ Ａ） ］ ２ （ ｐ Ｚ ２ Ｓ Ｐ＝（ — Ｂ ２ ［ ＸｐＸＢ）＋ Ｙ — ２ （ ｐＹＢ） ＋ Ｚ ＋ Ｂ） ］ ２ （ ｐ Ｚ ２ Ｓ Ｐ ＝ （ — Ｃ）＋（ ｐＹ Ｃ ２ ［ ＸｐＸ ２ Ｙ — Ｃ） ＋ Ｚ ＋ Ｃ）２ ２ （ｐ Ｚ ］
在 Ｇ Ｓ测 量 中通 常采 用 两类 坐 标 系 统 ，一 Ｐ 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 ，在实 际使 用 中需要根 据坐 标 系统 问 的转 换 参数进 行坐 标 系 统 的 变换 ，来求 出所 使 用 的坐 标 系统 的坐标 。这 样 更有 利 于 表 达 地 面 控 制 点 的位 置 和 处 理 Ｇ Ｓ Ｐ
控 制系 统包 括一 个主控 站 、三个 注 入站和 五 Ｇ Ｓ的 Ｐ
式中 （ ＸＡ， Ａ， Ａ）， （ Ｙ Ｚ ｘＢ， Ｂ， Ｂ）， （ Ｙ Ｚ ｘＣ，
Ｙ Ｃ，Ｚ Ｃ）分 别 为卫 星 Ａ，Ｂ，Ｃ 在 时 刻 ｔ 的空 ｉ
间直角 坐标 。
号 ，监 测卫 星工 作状态 。Ｇ Ｓ地 面控 制系统 主 要 Ｐ 设立 在大 西洋 、印度 洋 、太平洋 和 美 国本 土 。 （ ） Ｇ Ｓ的 用 户 部 分 由 ＧＰ ３ Ｐ Ｓ接 收 机 、数
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浅谈 Ｇ Ｓ在 工程测量中的应用 Ｐ
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 布指 令 ，调度
备用 卫星 等 ；注 入站 的作 用是 将主 控站 计算 的数 据注 入到 卫星 中去 ；监控 站 的作用 是接 收卫 星信
齐庆祥
徐
彬
伐 工作量 相 当大 ， 样测 设费用 很大 ， 这 作业 艰苦 。 ③ 长大隧 道及特 大桥 的控制 网高 精度及 与路
线 网 的低 精度 衔接 ，虽说 用平 差方法 可 以得到克 服 ，但 由于地 形条件 困难 ，其联 结 的测 量 工作量
关 键 词 ：Ｇ Ｓ Ｐ ；测 量 ；精 度
１ 概 述
Ｇ Ｓ定位 系统可 以在 近几年 得 到迅速 推广 ， Ｐ
据 处理 软件 及相应 的用户 设备 如计算 机 、气象 仪
器 等组成 ， 作用 是接 收 Ｇ Ｓ卫星 发 出的信 号 ， 其 Ｐ
遍 及各 个领 域 ，主要 依赖 于其 具有 全天候 、高精 度 、定 位速 度快 、布 点灵 活和操 作 方便 等特 点 ， 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 时问信 息等 技术 参数 。我 们 先 了解 一 下 Ｇ Ｓ系统 的组 成 、工 作 原 理 以及 Ｐ 在测量 领域 的应 用特 点 。 １ ＧＰ ． １ Ｓ系统的 组成
通 过 接收 卫星 星历 可获得 该 时刻 这些 卫星 在空 问
由２ ４颗 高 约 ２ ０万 公 里 的 Ｇ Ｓ卫 星 群 组 成 ， 并 Ｐ
均 匀 分 布 在 ６个 轨 道 面 上 ，各 平 面 之 问交 角 为 ６ 。，轨 道和 地 球 赤 道 的倾 角 为 ５ 。， 卫星 的 ０ ５
轨道运 行周 期为 １ 小 时 ５ １ ８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 到卫 星 发送 出的信 号 。 （ ） Ｇ Ｓ的地 面 控 制 系 统 。 Ｇ Ｓ的 地 面 ２ Ｐ Ｐ
１ Ｇ Ｓ的 工作原 理 ． Ｐ ２
Ｇ Ｓ系 统 是 一 种 采 用 距 离 交 会 法 的 卫 星 定 Ｐ
位 系 统 。 如 图 １ 示 ， 在 需 要 的 位 置 Ｐ点 架 设 所
Ｇ Ｓ接 收机 ， Ｐ 在某 一时 刻 ｔ 同时接 收 了 ３颗 （ ｉ Ａ、
Ｂ、Ｃ）以 上 的 ＧＰ Ｓ卫 星 所 发 出 的导 航 电文 ，通 过 一 系列 数 据 处 理 和 计 算 可 求得 该 时刻 ＧＰ Ｓ接 收机 至 Ｇ Ｓ卫星 的距 离 Ｓ 、Ｓ Ｐ Ｃ ， 同样 Ｐ ＡＰ Ｂ 、Ｓ Ｐ
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浅 谈 ＧＰ Ｓ在 工 程 测 量 中 的应 用
齐 庆祥 徐 彬
（ 华盾 工程 监理 咨询 有 限公 司 ）
摘要 ：ＧＰ Ｓ全球定位系统 （ ｏ ａ Ｐ ｓｉｎｎ ｙｔｍ）是美 国研 制并在 １９ Ｇｌｂ ｌ ｏｉｏ ｉｇＳ ｓ ｔ ｅ ９ ４年投入使 用的 卫星导航与 定位 系统，具有全球性 、 全 能性 、全天候优势的导航定位、定时、测速系统等。在最近 的几年得到了迅速摊 广，其 应用技 术已遍及 测量 学、导航 学及其相关各 个领域 。其中的测量技术正逐步取代平面控制测量，成 为测量学的主流，广 泛用 ｊ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 。
ＧＰ Ｓ测 量定位 系 统 由空问卫 星群 、地面 监控 系 统和用 户部分 （ 星接 收设 备 ）几部分 组成 。 卫
（ ） 空 问 卫 星 群 。 ＧＰ １ Ｓ的 空 问 卫 星 群
利 用信 号进 行导 航定 位等 。在测 量领 域 ，随着 现 代 科学 技术 的发 展 ，体积 小 、重量轻 便 于携带 的 Ｇ Ｓ定位装 置和 高精 度 的技术 指标 为工程 测量 带 Ｐ 来 了极 大 的方便 。
的位 置 （ 维 坐 标 ） 三 。从 而用 距 离 交会 的方 法求
得 Ｐ点的三 维坐标 （ ｐＹ ，Ｚ ） Ｘ ，ｐ ｐ ，其 数学 式 为：
Ｓ ２ ［ ｐＸ ２ （ ｐＹ ＡＰ ＝ （Ｘ — Ａ） ＋ Ｙ —Ａ） ＋ Ｚ ＋ Ａ） ］ ２ （ ｐ Ｚ ２ Ｓ Ｐ＝（ — Ｂ ２ ［ ＸｐＸＢ）＋ Ｙ — ２ （ ｐＹＢ） ＋ Ｚ ＋ Ｂ） ］ ２ （ ｐ Ｚ ２ Ｓ Ｐ ＝ （ — Ｃ）＋（ ｐＹ Ｃ ２ ［ ＸｐＸ ２ Ｙ — Ｃ） ＋ Ｚ ＋ Ｃ）２ ２ （ｐ Ｚ ］
在 Ｇ Ｓ测 量 中通 常采 用 两类 坐 标 系 统 ，一 Ｐ 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 ，在实 际使 用 中需要根 据坐 标 系统 问 的转 换 参数进 行坐 标 系 统 的 变换 ，来求 出所 使 用 的坐 标 系统 的坐标 。这 样 更有 利 于 表 达 地 面 控 制 点 的位 置 和 处 理 Ｇ Ｓ Ｐ
控 制系 统包 括一 个主控 站 、三个 注 入站和 五 Ｇ Ｓ的 Ｐ
式中 （ ＸＡ， Ａ， Ａ）， （ Ｙ Ｚ ｘＢ， Ｂ， Ｂ）， （ Ｙ Ｚ ｘＣ，
Ｙ Ｃ，Ｚ Ｃ）分 别 为卫 星 Ａ，Ｂ，Ｃ 在 时 刻 ｔ 的空 ｉ
间直角 坐标 。
号 ，监 测卫 星工 作状态 。Ｇ Ｓ地 面控 制系统 主 要 Ｐ 设立 在大 西洋 、印度 洋 、太平洋 和 美 国本 土 。 （ ） Ｇ Ｓ的 用 户 部 分 由 ＧＰ ３ Ｐ Ｓ接 收 机 、数
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浅谈 Ｇ Ｓ在 工程测量中的应用 Ｐ
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 布指 令 ，调度
备用 卫星 等 ；注 入站 的作 用是 将主 控站 计算 的数 据注 入到 卫星 中去 ；监控 站 的作用 是接 收卫 星信
齐庆祥
徐
彬
伐 工作量 相 当大 ， 样测 设费用 很大 ， 这 作业 艰苦 。 ③ 长大隧 道及特 大桥 的控制 网高 精度及 与路
线 网 的低 精度 衔接 ，虽说 用平 差方法 可 以得到克 服 ，但 由于地 形条件 困难 ，其联 结 的测 量 工作量
关 键 词 ：Ｇ Ｓ Ｐ ；测 量 ；精 度
１ 概 述
Ｇ Ｓ定位 系统可 以在 近几年 得 到迅速 推广 ， Ｐ
据 处理 软件 及相应 的用户 设备 如计算 机 、气象 仪
器 等组成 ， 作用 是接 收 Ｇ Ｓ卫星 发 出的信 号 ， 其 Ｐ
遍 及各 个领 域 ，主要 依赖 于其 具有 全天候 、高精 度 、定 位速 度快 、布 点灵 活和操 作 方便 等特 点 ， 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 时问信 息等 技术 参数 。我 们 先 了解 一 下 Ｇ Ｓ系统 的组 成 、工 作 原 理 以及 Ｐ 在测量 领域 的应 用特 点 。 １ ＧＰ ． １ Ｓ系统的 组成
通 过 接收 卫星 星历 可获得 该 时刻 这些 卫星 在空 问
由２ ４颗 高 约 ２ ０万 公 里 的 Ｇ Ｓ卫 星 群 组 成 ， 并 Ｐ
均 匀 分 布 在 ６个 轨 道 面 上 ，各 平 面 之 问交 角 为 ６ 。，轨 道和 地 球 赤 道 的倾 角 为 ５ 。， 卫星 的 ０ ５
轨道运 行周 期为 １ 小 时 ５ １ ８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 到卫 星 发送 出的信 号 。 （ ） Ｇ Ｓ的地 面 控 制 系 统 。 Ｇ Ｓ的 地 面 ２ Ｐ Ｐ
１ Ｇ Ｓ的 工作原 理 ． Ｐ ２
Ｇ Ｓ系 统 是 一 种 采 用 距 离 交 会 法 的 卫 星 定 Ｐ
位 系 统 。 如 图 １ 示 ， 在 需 要 的 位 置 Ｐ点 架 设 所
Ｇ Ｓ接 收机 ， Ｐ 在某 一时 刻 ｔ 同时接 收 了 ３颗 （ ｉ Ａ、
Ｂ、Ｃ）以 上 的 ＧＰ Ｓ卫 星 所 发 出 的导 航 电文 ，通 过 一 系列 数 据 处 理 和 计 算 可 求得 该 时刻 ＧＰ Ｓ接 收机 至 Ｇ Ｓ卫星 的距 离 Ｓ 、Ｓ Ｐ Ｃ ， 同样 Ｐ ＡＰ Ｂ 、Ｓ Ｐ