李辉①张艳玲②
湖南交通职业技术学院①
湖南通达建设工程咨询监理有限公司②
摘要：北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，2020年左右可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、通信、导航、授时。GPS全球定位系统是美国研制并在1994年投入使用的卫星导航与定位系统。
在测量领域，GPS系统已广泛应用于大地测量、航空摄影测量、工程测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科。
本文叙述北斗卫星导航系统与GPS性能的比较，以及GPS技术在工程测量中的应用和操作方法。
关键词：北斗卫星导航系统;GPS;测量技术;应用
引言：长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正在逐步被以高速、高效、高精度的一次性确定空间三维坐标的GPS技术所代替。随着GPS定位技术的不断发展和完善，测绘定位技术发生了深刻的技术革命，为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。
1.北斗星导航系统与GPS系统比较
1.1系统的构成
北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”(GLONASS)、欧盟“伽利略”(GALILEO)等其他卫星导航系统兼容的终端组成。
GPS是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统，它位于距地表20200千米的上空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗）,还有4颗有源备份卫星在轨运行,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，并能获得良好定位解算精度的几何图像。
1.2覆盖范围
北斗导航系统目前是覆盖中国本土及周边区域导航系统；GPS是覆盖全球的全天候导航系统，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星。
1.3卫星数量与轨道特性
目前的北斗导航系统在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星,卫星的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°。北斗导航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。
1.4定位原理
北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航，由用户设备独立解算自己三维定位数据。
1.5定位精度
北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25~100m提高到12m，授时精度日前约20ns。
1.6实时性
“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差；但“北斗”具有定位和通讯双重功能,具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。
随着“北斗”二代卫星导航系统的发展和完善，卫星空间定位技术将体现出更多更独特的优势。
2.采用GPS定位技术进行工程测量的优点
2.1采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强。
2.2GPS方格网点位精度高、误差分布均匀，既能够满足规范要求，又有较大的精度储备。
2.3采用点位中误差作为方格网测量精度指标比采用相对中误差表示精度指标更为合理。
2.4采用GPS方法布设大地控制网，图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度，网形优化更方便。
2.5与常规测量法相比，采用GPS-RTK测设建筑方格网，效率可提高一倍以上，并大幅度降低作业人员的劳动强度。
3.RTK技术的应用
实时动态测量RTK是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。在RTK作业模式下，基准站通过数据锭—调制解调器，将其观测值及站点的坐标信息用电磁信号一起发送给流动站，流动站不仅接收来自基准站的数据，同时本身也要采集GPS卫星信号，并取得观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，瞬时地给出精度为厘米级(相对于参考站)的流动站点位坐标。
在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测位(仍距和载波相位观测值)和测站坐标信息(如基准站坐标和天线高度)传送给流动站，流动站在完成初始化后，通过数据链接接收来自基被站的数据；另外，自身也采集rTP3观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，再经过坐标转换、高程拟合和投影改正，即可给出实用的厘米级定位结果。
4.GPS静态定位在测量中的应用
GPS静态定位被广泛地应用于测量领域中，但在这些应用中，主要还是用于建立各种不同等级、不同用途的测量控制网。
5.GPS网的布设
5.1GPS基线向量网的等级
GPS网的精度指标，通常以网中相邻点之间的距离误差来表示的。根据我国1992年所颁布的全球定位系统测量规范，GPS基线向量网被分成了A、B、C、D、E五个级别。中国国家A级和B级GPS大地控制网分别由30个点和800个点构成，它们均匀地分布在中国大陆，平均边长相应为650km和150km。对A级GPS网来说，水平方向的重复精度好于2×10-8，垂直方向不低于7×10-8；对B级GPS网来说，则分别好于4×10-7和8×10-7。
5.2GPS测量方法
5.2.1选点
①点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方，每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用；
②点周围高度角15°以上不要有障碍物；
③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等；
④点位确定后，按要求埋设标石并填写点之记。
5.2.2GPS布网
GPS布网主要包括网形设计和观测计划制定，构成优化的解算图形，同时应考虑提高成果可靠性，防止出现粗差。
GPS网观测时应有异步独立观测环或附合线路，构成异步环的边数不宜太多，也不能太少。网形设计完成后，参考最新的星历预报制定严密的作业计划。
5.2.3观测
根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角为15°，时段长度45min，采样间隔10s。在3个点上同时安置3台接收机天线，量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，填写测量手簿。
5.2.4.GPS测量数据的处理
GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，采用随机软件完成。卫星空间位置数据处理采用随机商用软件TrimbleGeomaticsOffice进行基线解算和平差计算。基线处理完成后，进行了同步环和异步环的检核，要求所有环的闭和差均满足要求。
6.结束语
GPS技术具有精度高、速度快、不受气候条件及通视条件限制等优点，同时GPS接收机具有自动观测特点，为获取工程建筑相关信息、实现大型工程建筑物变形监测自动化奠定了基础。
中国“北斗”二代卫星导航系统不仅解决了我国没有自主导航系统的问题，同时为我国国民经济建设、国防建设、航空航天技术、海洋资源开发等提供了强有力的可靠保障；与其他卫星导航系统相比，它有独特的优势和广阔的发展前景，对全球经济发展做出了巨大贡献。
参考文献：
[1]张旭东.浅谈GPS技术在工程测量放样中的应用[J].华北国土资源,2012,06:73-75+78.
[2]陈紫瑜.GPS测绘新技术在工程测量上的应用[J].计算机光盘软件与应用,2014,12:160+162.