中职学校建筑专业学生掌握使用GPS系统测量的重要性

余去非温州市城乡建设职工中等专业学校，浙江温州 323500

0 引言

对于中职学校建筑专业学生而言，熟练地掌握工程测量是极为重要的。随着现代科技的不断发展，新型工程测量方法也不断涌现，GPS系统测量就是其中较为先进、较为实用的方法。目前，GPS系统已经广泛应用在了工程测量中。GPS测量原理与应用是中职学校建筑专业的主要专业课之一，它是应用GPS卫星的信号完成测绘工作的，因此技术先进、应用广泛。GPS定位精度高、速度快，可以做控制测量和碎部测量及放样等测量工作。中职学校建筑专业学生应该熟练掌握使用GPS系统测量。

1 GPS系统测量概述及特点

全球定位系统Global Positioning System-GPS 作为新一代的卫星导航定位系统，经过20多年的发展，已发展成为一种被广泛采用的系统。它的应用领域和应用前景已远远超出了该系统设计者当初的设想。目前，它在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中，都被作为一项非常重要的技术手段和方法，用来进行导航、定时、定位、地球物理参数测定和大气物理参数测定等。

作为较早采用GPS 技术的领域，在测量中它最初主要用于高精度大地测量和控制测量，建立各种类型和等级的测量控制网。现在，它除了继续在这些领域发挥着重要作用外，还在测量领域的其它方面得到充分的应用，如用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信息系统中地理数据的采集等。尤其是在各种类型的测量控制网的建立这一方面，GPS 定位技术已基本上取代了常规测量手段，成为了主要的技术手段。

2 GPS系统测量的组成部分

2.1 空间部分

GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成，它位于距地表20 200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。此外，还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。

2.2 地面控制系统

地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之信息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。

2.3 用户设备部分

用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

3 GPS系统测量的优点

3.1 定位精度高

应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10～6，100～500km 可达 10～7，1 000km 可达 10～9。在 300～1 500m工程精密定位中，1h以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5 000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。

3.2 观测时间短

随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20km以内相对静态定位，仅需15～20min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

4 中职学校建筑专业学生掌握使用GPS系统测量的精度、密度设计

4.1 GPS测量的精度标准及分级

对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。精度指标通常是以GPS网相邻点间弦长标准差来表示，即：

式中：—— 标准差（基线向量的弦长中误差，mm）；

a —— GPS接收机标称精度中的固定误差（mm）；

b —— GPS接收机标称精度中的比例误差系数（1×10-6）

d —— 相邻点间的距离（km）。

根据2001年国家质量技术监督局发布的国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》，将GPS控制网按其精度划分为AA、A、B、C、D、E6个精度级别。其中，AA级主要用于全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和精密定轨；A级主要用于区域性的地球动力学研究和地壳形变测量；B级主要用于局部变形监测和各种精密工程测量； C级主要用于大、中城市及工程测量的基本控制网；D、E级主要用于中、小城市，城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测、建筑施工等控制测量。AA、A级是建立地心参考框架的基础，同时AA、A、B级也是建立国家空间大地测量控制网的基础。

4.2 GPS定位的密度设计

相邻点间最小距离可为平均距离的1/3～1/2倍，最大距离可为平均距离的2～3倍。 在特殊情况下，个别点的间距可也可结合任务和服务对象，对GPS点分布要求做出具体的规定。

5 中职学校建筑专业课程教学内容的基本要求及重点和难点

5.1 全球定位系统的组成及发展

了解GPS卫星的产生与发展过程及其组成部分，掌握GPS定位的基本概念和GPS定位的特点。

5.2 坐标系统与时间系统

了解基本坐标系统间的关系和时间系统在GPS中的重要性，掌握WGS-84的定义。

5.3 卫星运动及其信号

了解GPS接收机的工作原理、分类原则和卫星运动及其轨道，懂得 GPS卫星信号的功能和接收机的性能及其优、缺点。

5.4 GPS静态定位原理及方法

了解GPS静态定位的基本原理和卫星在空间的几何分布对定位精度的影响, 掌握静态定位的方法和相关的基本概念。

5.5 GPS动态定位原理及方法

了解GPS动态定位的基本原理，掌握动态定位的方法。重点：动态定位的方法。难点：动态定位的基本原理

5.6 GPS测量的误差

了解GPS测量主要误差来源于那几个方面，掌握减弱接收机产生误差的措施。重点：多路径误差的影响。难点：时钟误差的影响。

5.7 GPS测量的施实

熟悉GPS测量的外业工作，掌握选点的原则和GPS网的技术设计及其基本网形。重点：选点的原则和GPS网的技术设计。 难点：GPS网的技术设计。

5.8 GPS测量的数据处理

了解数据处理的过程，掌握基线处理和平差的方法。重点：基线处理和平差的方法。难点：观测成果精度的分析。

6 结论

熟练掌握使用GPS系统测量对于中职学校建筑专业学生的职业技能及创新能力的培养来说，极为重要，值得探讨。

[1]徐绍铨,等.GPS测量原理及应用武汉测绘[M].科技大学出版社,2006.

[2]乔仰文,等.GPS卫星定位原理及其在测绘中的应用[M].教育科学出版社,2000.