摘要：筆者通過多年工作經驗，主要介紹了GPS的組成及定位原理，分析了GPS在工程測量中的優點，闡述了GPS在工程測量中的各個實施步驟，并指出了應用GPS在進行工程測量時應該注意的事項。以供同行參考。
　　關鍵詞：GPS；工程測量；定位原理；應用
　　引言
　　隨著國家經濟建設的飛速發展，測量顯得越來越重要，與此同時測量方法與測量儀器也得到質的發展。自從有了GPS，正如人們所說：“GPS的應用，僅僅受人們想象力的制約”。
　　全球定位系統的全稱是導航衛星定時測距／全球定位系統，通常所說的GPS是其字頭縮寫詞NAVS2TAR／GPS的簡稱。它是一種可以通過定時和測距進行空間交會定點的導航系統，可向全球用戶提供連續、實時、高精度的三維坐標、三維速度和時間信息。美國建立的GPS全球定位系統是以衛星為基礎的無線電導航定位系統，具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天侯、連續性和實時性的導航、定位和定時的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。另外還有由俄羅斯接替前蘇聯部署的GLONASS全球導航衛星系統，還有歐盟建立的伽俐略（Galileo）GNSS系統，還有中國建立的雙星導航定位系統（北斗一號），各個系統均有其特點和用處，都是衛星定位技術的科學發展。
　　1GPS系統的組成
　　GPS定位系統由GPS工作衛星組成的空間部分、若干地面站組成的地面監控部分及以接收機為主的用戶部分組成。三者具有獨立的功能和作用，又有機結合形成完整系統。
　　1.1空間星座部分
　　空間部分由7顆試驗衛星和24顆GPS工作衛星組成，GPS工作衛星均勻分布在傾角為550的6個軌道上，軌道高度約為2×104km，各軌道升交點的赤經相差600，每條軌道上均勻分布著4顆衛星，相鄰軌道之間的衛星還要彼此之間叉開400，以保證全球均勻覆蓋的要求，并在任意時刻全球各處都能觀測到高度角為150以上的4顆衛星。
　　1.2地面監控部分
　　地面監控系統由1個主控站、3個注入站和5個監測站組成。
　　1.3用戶設備部分
　　用戶設備部分包括GPS接收機和數據處理軟件等。GPS接收機主要由天線、信號處理器、顯示裝置、記錄裝置、電源等組成。其主要功能是通過天線接收GPS衛星發射的無線電信號，在信號處理器中進行中頻放大、濾波和信號處理，解碼得到廣播電文、獲得偽距定位結果，將觀測數據存儲并傳遞至電腦進行處理。
　　2GPS系統的衛星定位原理
　　GPS定位屬于無線電定位范疇，用戶只需通過地面接收設備接收衛星播發的信號，就能測定衛星信號的傳播時間延遲或相位延遲，解算接收機到GPS衛星間的距離(稱為偽距)，確定接收面位置及時間改正數。最基本的方法有距離定位法和雙曲線定位法兩種。
　　2.1距離定位法
　　現假設S1、S2、S3為已知位置的3顆衛星，P為GPS接收機天線所在位置，即待求點位置。P點到S1、S2、S3的距離利用電磁波傳播理論計算后，P點的位置按公式即可求出。也就是說，若分別S1、S2、S3為圓心，以PS1、PS2、PS3距離為半徑做3個圓，其交點即為GPS接收機天線的位置，它具有經度、緯度、高程和時間的四維特性。
　　2.2雙曲線定位法
　　假設S1、S2、S3和S4表示已知位置的4顆衛星，P為接收機天線位置，即待求點位置。如果已測量出P點到兩個已知衛星間的距離D，即D=∣SiP∣×∣SjP∣。i≠j則可以Si和Sj為焦點，以D為焦距繪出3組空間曲面，3個曲面的交點即為P點的位置。這種方式需要3個距離差值，至少需要觀測4個以上的GPS工作衛星，才能完成定位工作。
　　3GPS在工程測量中的優點
　　(1)測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便，這樣可節省大量的造標費用。
　　(2)定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1×10-6，而紅外儀標稱精度為5mm+5×10-6，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。實驗證明，在<50km的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100～500km的基線上可達10-7～10-6。
　　(3)觀測時間短，人力消耗少。用GPS進行靜態相對定位，在<20km的短基線上，快速相對定位一般只需15—20min；進行動態相對定位測量時，在初始化工作完成后，流動站可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。
　　(4)提供三維坐標。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。
　　(5)操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。在觀測中測量員的主要任務是安裝并開關儀器、量取儀器高和監視儀器的工作狀態，而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。
　　(6)全天候作業。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續地進行，一般不受天氣狀況的影響。公路路線一般處在一條帶狀走廊內。其平面控制測量往往采用導線形式，這包括附合導線、閉合導線、結點導線等導線網形式。對于重要構造物如大橋、特大橋、長大隧道等，也有布設成三角網、線形鎖等形式。
　　4GPS在工程測量中的實施
　　4.1選點與建立標志
　　選點應滿足以下條件：點位應選在交通方便、易于安置接收設備的地方，且視場要開闊：GPS點應避開對電磁波接收有干擾的物體，如微波站、電視臺、高壓線、大面積水域等。
　　4.2外業觀測
　　GPS外業觀測主要包括天線安置、觀測作業和觀測記錄等。
　　4.21天線安置
　　天線安置的內容包括對中、整平、定向和量測天線高。進行靜態相對定位時，天線應架設在三角架上，并安置在標志中心的上方直接對中，天線基座上的圓水準氣泡須居中。定向是使天線的定向標志線指向正北，定向誤差一般≤±30～50天線高是指天線的相位中心至觀測點標志中心的垂直距離。
　　4.2.2觀測作業
　　觀測作業的主要任務是捕獲GPS衛星信號對其進行跟蹤、接收和處理，以獲取所需的定位信息和觀測數據。天線安置完成后，將GPS接收機安置在距天線不遠的安全處，接通接收機與電源、天線的連接電纜，經檢查無誤后，在約定的時間打開電源，啟動接收機進行觀測。
　　4.2.3觀測記錄
　　觀測記錄的方式一般有兩種：由接收機自動形成，并保存在接收機存儲器中供隨時調用和處理：測量手簿，由觀測人員填寫。觀測記錄是GPS定位的原始數據，也是進行后續數據處理的唯一依據，必須要真實、；隹確。
　　4.3成果校核與數據處理
　　觀測成果應進行外業校核，這是確保外業觀測質量和實現預期定位精度的重要環節。觀測任務結束后，必須及時對觀測數據的質量進行校核，對于外業預處理成果，要按《規范》要求嚴格檢查、分析，以便及時發現不合格成果，并根據情況采取重測或補測措施。成果校核無誤后，即可進行內業數據處理。內業數據處理過程大體可分為：預處理，平差計算，坐標系統的轉換或與已有地面網的聯合平差。
　　5GPS在工程測量實施中的注意事項
　　(1)開機后必須等衛星跟蹤燈慢閃，表示正在跟蹤4顆或4顆以上衛星后才可以按下數據存儲鍵。
　　(2)數據存儲燈開始會長亮表示正在存儲，然后慢閃表示已存儲夠快速靜態數據：需要注意的是外業觀測過程中應時常注意查看數據存儲燈和電池LED指示燈，如果數據存儲燈快閃表示正在存儲但數據快滿，燈熄表示停止存儲，數據PC卡已滿：電池LED指示燈綠色表示正在使用，黃色表示正待用，常亮表示夠用，綠燈慢閃表示低電，黃燈慢閃表示壞的，燈關閉表示無電。
　　(3)外業觀測后應及時導出所測數據，刪除多余數據并為第二天留出記錄空間。
　　(4)GPS儀器的選用要選擇精度不低于基線精度5mm+1×10-6、高程精度1Omm+2×10-6，性能較為穩定且受外界環境因素影響小的GPS。
　　(5)GPS高程測量觀測時要充分考慮影響GPS測量精度，諸如GPS圖形結構、電離層影響、正確量取天線高等因素。最大程度地減少誤差影響。
　　(6)外業實施過程中，要經常連測一些已知水準點，隨時進行高程比較，以避免氣候等不確定因素引起的觀測數據粗差。
　　(7)GPS高程測量雖然經過科學的數據處理可以保證精度滿足需要，但由于搜集或建立測區重力成果，數字高程模型，重力場模型等資料不是一件輕而易舉的事情，況且GPS高程測量數據經過處理才能達到相應等級的高程精度，再者相關規范也無明確規定，所以建議在生產中應有選擇地使用GPS高程測量技術。
　　6結束語
　　本文論述了在建筑工程中應用GPS定位技術有著傳統方法所無法比擬的優越性,同時在理論上也具有可行性。GPS作業有著極高的精度。它的作業不受環境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區、局部重點工程地區等。GPS測量可以大大提高工作及成果質量。它不受人為因素的影響，整個作業過程全由微電子技術、計算機技術控制，自動記錄、自動數據預處理、自動平差計算。GPS系統的衛星定位原理、優點、實施及其在實施注意事項，對高程測量工程能起到重要作用。