中職學(xué)校建筑專業(yè)學(xué)生掌握使用GPS系統(tǒng)測量的重要性

余去非溫州市城鄉(xiāng)建設(shè)職工中等專業(yè)學(xué)校，浙江溫州 323500

0 引言

對(duì)于中職學(xué)校建筑專業(yè)學(xué)生而言，熟練地掌握工程測量是極為重要的。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，新型工程測量方法也不斷涌現(xiàn)，GPS系統(tǒng)測量就是其中較為先進(jìn)、較為實(shí)用的方法。目前，GPS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了工程測量中。GPS測量原理與應(yīng)用是中職學(xué)校建筑專業(yè)的主要專業(yè)課之一，它是應(yīng)用GPS衛(wèi)星的信號(hào)完成測繪工作的，因此技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用廣泛。GPS定位精度高、速度快，可以做控制測量和碎部測量及放樣等測量工作。中職學(xué)校建筑專業(yè)學(xué)生應(yīng)該熟練掌握使用GPS系統(tǒng)測量。

1 GPS系統(tǒng)測量概述及特點(diǎn)

全球定位系統(tǒng)Global Positioning System-GPS 作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，經(jīng)過20多年的發(fā)展，已發(fā)展成為一種被廣泛采用的系統(tǒng)。它的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)者當(dāng)初的設(shè)想。目前，它在航空、航天、軍事、交通、運(yùn)輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的領(lǐng)域中，都被作為一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段和方法，用來進(jìn)行導(dǎo)航、定時(shí)、定位、地球物理參數(shù)測定和大氣物理參數(shù)測定等。

作為較早采用GPS 技術(shù)的領(lǐng)域，在測量中它最初主要用于高精度大地測量和控制測量，建立各種類型和等級(jí)的測量控制網(wǎng)?，F(xiàn)在，它除了繼續(xù)在這些領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用外，還在測量領(lǐng)域的其它方面得到充分的應(yīng)用，如用于各種類型的施工放樣、測圖、變形觀測、航空攝影測量、海測和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等。尤其是在各種類型的測量控制網(wǎng)的建立這一方面，GPS 定位技術(shù)已基本上取代了常規(guī)測量手段，成為了主要的技術(shù)手段。

2 GPS系統(tǒng)測量的組成部分

2.1 空間部分

GPS的空間部分是由21顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20 200km的上空，均勻分布在6 個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4 顆),軌道傾角為55°。此外，還有3 顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)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。

2.2 地面控制系統(tǒng)

地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天線(Ground Antenna)所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之信息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。

2.3 用戶設(shè)備部分

用戶設(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)星截止角所選擇的待測衛(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，就可測量出接收天線至衛(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)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。

3 GPS系統(tǒng)測量的優(yōu)點(diǎn)

3.1 定位精度高

應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對(duì)定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)10～6，100～500km 可達(dá) 10～7，1 000km 可達(dá) 10～9。在 300～1 500m工程精密定位中，1h以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5 000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm，校差中誤差為0.3mm。

3.2 觀測時(shí)間短

隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15～20min；快速靜態(tài)相對(duì)定位測量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測時(shí)間只需1～2min，然后可隨時(shí)定位，每站觀測只需幾秒鐘。

4 中職學(xué)校建筑專業(yè)學(xué)生掌握使用GPS系統(tǒng)測量的精度、密度設(shè)計(jì)

4.1 GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)

對(duì)于GPS網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途和定位技術(shù)所能達(dá)到的精度。精度指標(biāo)通常是以GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間弦長標(biāo)準(zhǔn)差來表示，即：

式中：—— 標(biāo)準(zhǔn)差（基線向量的弦長中誤差，mm）；

a —— GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差（mm）；

b —— GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)（1×10-6）

d —— 相鄰點(diǎn)間的距離（km）。

根據(jù)2001年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，將GPS控制網(wǎng)按其精度劃分為AA、A、B、C、D、E6個(gè)精度級(jí)別。其中，AA級(jí)主要用于全球性的地球動(dòng)力學(xué)研究、地殼形變測量和精密定軌；A級(jí)主要用于區(qū)域性的地球動(dòng)力學(xué)研究和地殼形變測量；B級(jí)主要用于局部變形監(jiān)測和各種精密工程測量； C級(jí)主要用于大、中城市及工程測量的基本控制網(wǎng)；D、E級(jí)主要用于中、小城市，城鎮(zhèn)及測圖、地籍、土地信息、房產(chǎn)、物探、勘測、建筑施工等控制測量。AA、A級(jí)是建立地心參考框架的基礎(chǔ)，同時(shí)AA、A、B級(jí)也是建立國家空間大地測量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)。

4.2 GPS定位的密度設(shè)計(jì)

相鄰點(diǎn)間最小距離可為平均距離的1/3～1/2倍，最大距離可為平均距離的2～3倍。 在特殊情況下，個(gè)別點(diǎn)的間距可也可結(jié)合任務(wù)和服務(wù)對(duì)象，對(duì)GPS點(diǎn)分布要求做出具體的規(guī)定。

5 中職學(xué)校建筑專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容的基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)

5.1 全球定位系統(tǒng)的組成及發(fā)展

了解GPS衛(wèi)星的產(chǎn)生與發(fā)展過程及其組成部分，掌握GPS定位的基本概念和GPS定位的特點(diǎn)。

5.2 坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)

了解基本坐標(biāo)系統(tǒng)間的關(guān)系和時(shí)間系統(tǒng)在GPS中的重要性，掌握WGS-84的定義。

5.3 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其信號(hào)

了解GPS接收機(jī)的工作原理、分類原則和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道，懂得 GPS衛(wèi)星信號(hào)的功能和接收機(jī)的性能及其優(yōu)、缺點(diǎn)。

5.4 GPS靜態(tài)定位原理及方法

了解GPS靜態(tài)定位的基本原理和衛(wèi)星在空間的幾何分布對(duì)定位精度的影響, 掌握靜態(tài)定位的方法和相關(guān)的基本概念。

5.5 GPS動(dòng)態(tài)定位原理及方法

了解GPS動(dòng)態(tài)定位的基本原理，掌握動(dòng)態(tài)定位的方法。重點(diǎn)：動(dòng)態(tài)定位的方法。難點(diǎn)：動(dòng)態(tài)定位的基本原理

5.6 GPS測量的誤差

了解GPS測量主要誤差來源于那幾個(gè)方面，掌握減弱接收機(jī)產(chǎn)生誤差的措施。重點(diǎn)：多路徑誤差的影響。難點(diǎn)：時(shí)鐘誤差的影響。

5.7 GPS測量的施實(shí)

熟悉GPS測量的外業(yè)工作，掌握選點(diǎn)的原則和GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)及其基本網(wǎng)形。重點(diǎn)：選點(diǎn)的原則和GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)。 難點(diǎn)：GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)。

5.8 GPS測量的數(shù)據(jù)處理

了解數(shù)據(jù)處理的過程，掌握基線處理和平差的方法。重點(diǎn)：基線處理和平差的方法。難點(diǎn)：觀測成果精度的分析。

6 結(jié)論

熟練掌握使用GPS系統(tǒng)測量對(duì)于中職學(xué)校建筑專業(yè)學(xué)生的職業(yè)技能及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)來說，極為重要，值得探討。

[1]徐紹銓,等.GPS測量原理及應(yīng)用武漢測繪[M].科技大學(xué)出版社,2006.

[2]喬仰文,等.GPS衛(wèi)星定位原理及其在測繪中的應(yīng)用[M].教育科學(xué)出版社,2000.