GPS 在公路工程控制测量中的应用

一、概述
GPS 全球定位系统（Global Positioning System)在公路工程测量中的应用，在最近的两

年得到了迅速推广，这主要依赖于

GPS 系统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、三维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下

GPS 系统的组成，工作原理

以及在测量领域的应用特点。

1.1GPS 系统的组成
GPS 全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户

当然还应有卫星接收设备。

1.1.1 空间卫星群 GPS 的空间卫星群由 24 颗高约 20 万公里的 GPS 卫星群组成，并均

匀分布在

6 个轨道面上，各平面之间交角为 60o，轨道和地球赤道的倾角为 55o，卫星的轨

道运行周期为

11 小时 58 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 4

到

11 颗 GPS 卫星发送出的信号。

1.1.2 GPS 的地面控制系统 GPS 的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监

测站，主控站的作用是根据各监控站对

 GPS 的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。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主
控站计算的数据注入到卫星中去。

GPS 地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美

国本土。

1.1.3 GPS 的用户部分由 GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪

器等组成，其作用是接收

GPS 卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。在测量领域，

随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的

GPS 定位装置和高精度的技术指

标为工程测量带来了极大的方便。例如：我们在控制测量中使用的天宝（

Trimble）4800GPS

测地型接收机其技术指标为：

双频主机、天线，

RTK 电台一体化；

独特的电池设计、无需接线，使用

4h 以上；

5 次/秒的快速位置更新，可靠的卫星"超跟踪"技术；
新型于薄式控制器，

4M 或 10M 的 PCMCIA 数据存储卡;

测量精度：静态测量

?5mm+lppm

RTK 测量 10mm 十 1ppm（平面）
20mm 十 1ppm(高程）
这些技术指标充分的满足了控制测量的精度要求。
1.2GPS 的工作原理
GPS 系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置 P 点架设 GPS 接

收机，在某一时刻

ti 同时接收了 3 颗(A、B、C)以上的 GPS 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

GPS 接收机至 GPS 卫星的距离 SAP、SBP、SCP，同样通

过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置

(三维坐标)。从而用距离交会的方法求

得

 P 点的维坐标(Xp,Yp，Zp)，其数学式为：

SAP2=[( Xp-XA)2+(Yp-YA) 2+(Zp+ZA) 2]