一、概述
1 gps簡介
定位系統(tǒng)(gps)是本世紀(jì)70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的*代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。
定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：(1)地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站和通訊輔助系統(tǒng)組成；(2)空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)道平面上；(3)用戶裝置部分，主要gps接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。
定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：(1)全天候；(2)覆蓋；(3)三維定速定時(shí)高精度；(4)快速省時(shí)率；(5)應(yīng)用廣泛多功能。
定位系統(tǒng)的主要用途：(1)陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等；(2)海洋應(yīng)用，包括遠(yuǎn)洋船只*航程航線測定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救授、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測等；(3)航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測等。
2 gps測量的特點(diǎn)
相對于經(jīng)典測量學(xué)來說，gps測量主要有以下特點(diǎn)：
(1)測站之間無需通視，但測站上空必須開闊，以使接收gps衛(wèi)星信號不受干擾。
(2)定位精度高。一般雙頻gps接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm，gps測量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，gps測量優(yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗(yàn)證明，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達(dá)12×10-6，而在100～500km的基線上可達(dá)10-6～10-7。
(3)觀測時(shí)間短。在小于20km的短基線上，快速相對定位一般只需5min觀測時(shí)間即可。
(4)提供三維坐標(biāo)。gps測量在測定觀測站平面位置的同時(shí)，也可以測定觀測站的大地高程。
(5)操作簡便。gps測量的自動(dòng)化程度很高。在觀測中測量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動(dòng)完成。
(6)全天候作業(yè)。gps觀測可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。用于水下地形測量則要排除霧和大風(fēng)的天氣。
二、gps在上海市水下地形測量的應(yīng)用
上海市東臨東海，南靠杭州灣北側(cè)，北依長江，水下地形復(fù)雜，并且上海市長年進(jìn)行圍墾造地，長江帶來的大量泥沙也淤積在長江口，使每年上海市水下地形都在發(fā)生變化。海塘達(dá)標(biāo)工程和保灘工程的建設(shè)，上海市岸線演變趨勢分析都需要每年的水下地形資料，因而水下地形測量的十分重要性。
上海市水下地形測量已有二十多年的歷史，以前的測量技術(shù)大多采用六分儀、三桿分度儀配合測深儀，其缺點(diǎn)是：精度不高，測區(qū)范圍有限，工作量大，人員配置多等。隨著gps技術(shù)在測量中的廣泛應(yīng)用，2000年上海市開始在水下地形測量中應(yīng)用gps技術(shù)。
在已經(jīng)運(yùn)用gps進(jìn)行水下地形測量的崇明、南匯和寶山三個(gè)地區(qū)，采用的硬件和軟件基本相同，分別為：trimble dsm12/212動(dòng)態(tài)gps，記錄式測深儀，ashbc實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位軟件，基于autocad平臺(tái)的map2000成圖軟件等。
trimble dsm12/212動(dòng)態(tài)gps產(chǎn)品是專為海洋業(yè)人員開發(fā)的，它能在定位、挖泥、水道測試、高速船體定位等工作中提供亞米級的精度，在任何環(huán)境下均能保持優(yōu)良的特性。并具有小巧、易于使用和設(shè)置、低延時(shí)、高速率位置輸出、高抗*力的優(yōu)點(diǎn)。
ash-bc實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)是利用亞米級的trimble dm12/212動(dòng)態(tài)gps信標(biāo)接收機(jī)，接收相應(yīng)的差分信息，結(jié)合本身的gps定位數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地給出當(dāng)前的地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，并能根據(jù)工程需要，完成定向、放點(diǎn)、導(dǎo)航、施工控制等任務(wù)。
map 2000是中翰公司開發(fā)的，運(yùn)行在autocad r14平臺(tái)上的具有自主版的專業(yè)測繪應(yīng)用軟件，含蓋了現(xiàn)場作業(yè)到圖板數(shù)字化和掃描矢量化等內(nèi)外業(yè)所有作業(yè)方法?？赏瓿傻匦螠y量(陸上和水下)、工程勘察測量、地籍測量和統(tǒng)計(jì)報(bào)表、房地產(chǎn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)、施工放樣、斷面數(shù)據(jù)和土方/庫容量提取、比例尺縮放、圖/數(shù)/編碼轉(zhuǎn)換和信息提取、dtm立體模型生成和渲染、與gis數(shù)據(jù)交換等工作。
應(yīng)用gps進(jìn)行水下地形測量的步驟：運(yùn)用gps和導(dǎo)航軟件對測量船進(jìn)行定位，并指導(dǎo)測量船在測量斷面上航行，導(dǎo)航軟件每隔一個(gè)時(shí)間段自動(dòng)紀(jì)錄水深數(shù)據(jù)，并進(jìn)行驗(yàn)證潮位輸出，輸出數(shù)據(jù)在map2000中成圖，再進(jìn)行修改，得到符合要求的1：10000分幅的水下地形圖。
從2000年測量結(jié)果來看，gps在水下地形測量的應(yīng)用，大大提高了測量的精度，減少了工作量，縮短了工作日，并且輸出的數(shù)字化的水下地形圖，為今后地理信息系統(tǒng)的建立和管理創(chuàng)造了有利的條件。
從gps測量中，得出如下體會(huì)：
(1)gps作業(yè)有著*的精度。它的作業(yè)不受距離限制，非常適合于大規(guī)模的水下地形測量，其它地形測量等。
(2)gps測量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。
(3)gps測量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少工作量，提高作業(yè)效率。一般gps測量作業(yè)效率為常規(guī)測量方法的3倍以上。
(4)在水務(wù)系統(tǒng)的海塘建設(shè)的工程測量中，也可以直接運(yùn)用gps進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、點(diǎn)位測量、導(dǎo)線控制測量等。
(5)現(xiàn)今，gps在測量中的應(yīng)用主要為定位和導(dǎo)航，雖然gps高程測量的精度目前來說還比較低，應(yīng)用也不廣泛，所以，如何提高gps高程測量的精度，是它發(fā)展前景的關(guān)鍵。