1、 GPS 在隧道施工测量中的应用与研究 摘 要 GPS(全球卫星定位系统 )是英文“ Global Positioning System”的字母缩写 GPS 的简称。是随着现代科学的发展而兴起的以卫星为基础的无线电导航、定位技术。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。 GPS 卫星定位测量是利用 GPS 系统解决大地测量问题的一项空间技术。本文描述了 GPS 在国内和国外的发展以及在国内存在的问题， GPS 的空间组成、工作原理和 GPS 的特点以及 GPS 在隧道测量中的应用，为了说明 GPS 在做平面控制网这方面有高 精度、作业简便等优点，引进了一套 GPS 数据处理示例，详细写了其
2、解算过程，并与全站仪所测的长度进行了比较。 关键字 ： GPS 隧道测量 平面控制 基线解算 Abstract GPS (Global Positioning System) is short for Global Positioning System. satellite navigation and positioning technologies of radio is risen with the development of modern science. For all kinds of users with sophisticated three-dimensional coor
3、dinates, speed and time. GPS positioning satellite measurements are using GPS system to solve geodesy space technology. This paper describes the GPS in the development of domestic and abroad and at home, the existing problems of the GPS space composition, working principle and the characteristics of
4、 the GPS measurement and the application of GPS， to illustrate the GPS control network in doing this plane has advantages of high precision, simple operation, introduced a set of GPS data processing example, detailed wrote the decoding process, and the measured with the length of the electronic tach
5、ometer were compared. Keywords： GPS tunnel survey horizontal control network Baseline decoding 一、绪论 全球定位系统（简称 GPS）是美国研制的第二代卫星导航系统，它汇集了当代最先进的空间技术、通讯技术及微电子技术，以其定位精度高，全天候获取信息，仪器设备轻巧、价格比较低廉等诸多优点而被世人注目。 我国在卫星导航定位应用方面主要是以美国的 GPS 技术为代表。自 80 年代末我国引进 GPS接 收机以来，在理论研究、应用技术开发、接收机制造等方面不断取得发展，随着我国科技的高速发展， GPS 在隧道
6、施工中的应用越来越广泛，利用其优点，不仅能提前完成任务，还节约很多费用，使工程的造价减低。虽然 GPS 有很多优点，但在国内仍然从在很多问题，比如：我国缺少系统的整体的空间对地观测发展计划，特别是在空间技术实力薄弱的条件下，应用方面统筹协调不足，基础研究薄弱，同时也缺少一个有权威的国家协调机构；通信链路的速率也制约着 GPS 技术的应用，成为重要的瓶颈问题，急需有关部门进行专项研究。 GPS 核心软件商品化程度不高，往往把复杂的系统工程简单化，将实验室样品操之过急地当工业化产品推向市场，反而拖累了尚未形成的市场等。 在国外 GPS 不仅仅用于隧道，在其他领域应用更加广泛， 以美国 GPS 技术
7、和俄罗斯的GLONASS 为代表的卫星导航定位系统在世界范围内得到了广泛的认可与应用，尤其是美国为保持这一领域的垄断地位，一方面取 消限制政策，一方面改进 GPS 系统性能， 比如车辆导航与监控融合导航与通信技术的融合等，可见在未来， GPS 导航系统应用更加广泛。 随着科技的高速发展， GPS 在隧道施工中的应用越来越广泛，尤其在做平面控制方面，利用其优点，不仅能提前完成任务，还节约很多费用，使工程的造价减低。 二、全球定位系统的基本组成 1、 GPS 概念 GPS 是全球定位系统（ global positioning system）的英文缩写，是美国陆海空 三军联合研制的、具有全球性、全
8、天性、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为 各类用户 提供精密的三维坐标、速度和时间的卫星导航系统。是随着现代科学技术的 迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航定位技术。 GPS 卫星定位测量是利用 GPS 系 统解决大地测量问题的一项空间技术。 2 、 GPS 构成 GPS 由三大部分构成，分别为：空间部分、地面控制部分、用户设备部分。 2.1 空间部分主要有三个基本功能： 1）执行地面监控站的指令，接收和存储地面监控站发来的导航信息。 2）向 GPS 用户播送导航电文，提供导航和定位信息。 3）通过高精度卫星钟（铯钟和铷钟）向用户提 供精密的时间标准。 2.2 地面控制部分要有 4 项任
9、务： 1）据各监测站提供的观测资料推算编制各颗卫星的星历、卫星钟差和大气层修 正参数等，并把这些数据传送到注入站。 2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和 GPS 卫星的原子钟均应与主控站 的原子钟同步或测出其间的钟差，并将钟差信息编入导航电文送到注入站。 3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。 4）启用备用卫星以代取失效的工作卫星。监测站的主要任务是为主控站（ MCS） 编算导航电文提供观测数据。 2.3 用户设备部分即 GPS 信号接收机 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
10、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 工作原理 GPS 导航系统工作的基本原理是：测量出已 知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到 (由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（ P 码） )，当 GPS 卫星正常工
11、作时，会不断地用 1 和 0 二进制码元组成的伪随机噪声码（简称伪码）发射导航电文。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航 电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在 WGS-84 大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。 4、 GPS 特点 1）全球、 全天候工作 2）功能多，应用广。 3）定位精度高 个人通讯终端 4）观测时间短 5 GPS 应用 1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程 测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等； 2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船
12、只实时调度与导航、海洋救 援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等； 3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导 弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。 三、 GPS 在隧道平面控制测量中的应用 由于 GPS 测量需要信号，所以在隧道测量中只能用于地面上，这里介绍 GPS 在隧道 平面控制中的应用 1、布网 隧道控制网网形设计应考虑整个控制网的伸展性 , 尽量少控制网的弯曲程度。 联 系网的选择 , 一方面优先考虑各控制点的观测条件 , 另一方面考虑整个控制网的直伸条 件。洞口的控制点一方面要满足进洞的需求 , 另一方面考虑尽量靠近隧道主轴线 , 以减 少点位中误差对隧道横向贯通误差的影响。平面控制网应结合隧道长度和平面形式以及 通过地区的地形情况 , 及减少对植被破坏 , 合理地选择控制网。 基于 GPS 在控制测量领域具有测量精度高、选点灵活、费用低、全天候作业、观测 时间短、自动化程度高的特点 ,不受通视的限制，所以用 GPS 作隧道控制测量比其他常规 控制测量较优越。常用的 GPS 网有以下几种：
