GPS在机场工程建设控制测量中的应用

专题

GS P在机场工程建设控制测量中的应用 李志成 (庆江北国际机场扩建指挥部 )重

控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文及其一

、

GP s概述

他控制指令等数据注入到相应卫星的存储系统中， 并监测注入信息的正确性。

全球定位系统 G S ( a iain Tmig a d P N vg t i n n o R n ig G o a o io ig S s m),是美国国防 a gn/ lb lP s inn yt t e部于 19 9 3年底建成的“时与测距导航/球定授全位系统”的简称。它是一种可以授时和测距的空间交会定点的军民两用卫星导航定位系统，可向用户提供连续、实时、高精度的三维位置、速度和时间信息等技术参数。近年来，随着 G S技术的不断 P成熟发展，广泛用于我国测绘领域的大地测量、精密工程测量、航空摄影测量、地壳和建筑物形变监测、资源勘察、运载工具导航和管制、城市测绘等，并已开始用于交通运输、军事、海洋、航道、 航测遥感、通讯、气象等领域。1 GP系统的组成 . S

③用户设备。 G S的用户设备由 G S接收 P P机、数据处理软件及相应的用户终端设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接受 G S卫星发 P射的信号，利用信号进行导航定位等。2 G S的工作原理 . P

1 P )G S的基本定位原理

G S系统是一种采用距离交会法的卫星导航定 P位系统。如图 1示：在需要的位置 P点架设 G S P接收机，在某一时刻 t同时接收了 3颗 i ( A、 B 、 C)以上的 G S卫星所发出的导航电文，通过一系 P

列数据处理和计算可求得该时刻 G S接收机至 PG S卫星的距离 P S叭 S同样通过接收卫。,

G S主要由空间部分、地面控制部分和用户设 P备组成。

星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置 (维三

坐标 )。从而用距离交会的方法求得 P点的三维坐标 (, , Z ),其数学模型为：

①空间部分。G S的空间部分由均匀分布在 6 P个相对于赤道

面倾角为 5。近似圆形轨道上绕地 5的球运行的 2颗工作卫星和 3颗备用卫星组成，轨 1道面的夹角为 6。 0,每个轨道上有 4颗卫星，卫星

的平均高度为 2 2 0 m。每颗 G S工作卫星都发 00 k P出用于导航定位的导航电文 (号 ),其平均运行信周期为 1 h 8 n以确保全球任何地方在任何时 5 mi, l侯都能同时接收到 4颗以上卫星信号。

②地面控制部分。G S的地面控制部分由分布 P在全球的一个主控站、五个监控站和三个注入站构

成。主控站的作用是根据各监控站对 G S的观测 P数据计算卫星的星历和卫星钟的差和大气层修正参数等，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，提供时间基准，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

图 1 P G S工作原理图

Sp=[ (一 )+ (一 )+ ( p )】 A z一 S=[ (一X )+ (— Y )+ ( )】 e 8 8 Z一 S=[ (一X )+ (一 )+ (一 )】 c c

式中 (, ,

,

), ( 8 X,

,

), (, Xc

z )分别为卫星 A,B,C在时刻 t的空间直。 i

( 4期 ) 0 3第 2 0

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角坐标。

记录等自动完成，最后利用数据处理软件求得测点的三维坐标。

2 )G s坐标系统 P

G S通常采用两类坐标系统，一类是在空间固 P定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，也称地固坐标系统，如在测绘领域常用的WG一4 ( G o ia S s m一4世界大地坐标系 S8即 e dcl yt 8 e一

二、轨迹 GP S接收机技术指标

轨迹 G S接收机是集成化、自动化程度较高 P的精密测量定位系统，具有精确性、可靠性和简单性三大特性。其技术性能指标为：

8 )、 15 4 9 4年北京坐标系 (称 P 4和 1 8 简 5) 90

年西安大地

坐标系 (称 C 0,在实际使用中需 简 8)要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理 G S观测成果，因 P此在测量中得到了广泛的应用。

①接受主机、天线和电池组成一体化； ②数据传输借助红外无线通信口从主机传出， 避免了需要通信电缆的麻烦； ③通常观测 1 5~6 0分钟即达到所需精度要求，处理的基线长度可达 2 k 0 m;

3 G S技术在测绘领域具有的特点 .P

④工作所需电池设计独特，使用时间可达5 0~ 1 0 0 h以上：

相对于常规的测量方法来讲，GP S技术具有以下特点：

⑤控制器的数据存储能力为 4 Mb (测 6个卫观星，采样率为 1 5秒时，可记录 9 5小时 );

①测量定位精度高。一般双频 G S接收机基 P线解精度为 5 mm+l p p m,而红外仪标称精度为 5 mm+5 p p m,观测的精度明显高于一般常规测量方法，G S基线向量的相对精度一般在 1~~1 I P 0 09之间。

⑥工作温度为一1 0~6 c 0I=,仪器总重仅 1 1 .~1 4k . g;

⑦测量精度为静态测量：面 5平 mm+lp高 pm程 1 mm+l p 0 p m

②选点灵活、费用低。G S测量对测站间是否 P相互通视，以及控制网的几何图形均无严格要求，

R K测量：平面 1mm+2 5 p高程 T 2 .pm1 m m+ 2. pm 5 5p

使得选点更加灵活方便，其作业成本低，同时也大大降低了布网费用。

三、 GP S在机场工程控制测量中的应用

③全天候全球性作业。在任何地点、任何时间、任何气候条件下均可以进行 GP S连续观测， 极大地方便了测量作业。

重庆江北机场航站区及配套设施扩建工程是重庆市政府和民航总局“五”期间的重点建设项十目，也是该机场投入运营以来最大的基础设施建设

④观测速度快。采用 GP S布设控制网时每个测站上的观测时间一般在 3 0~4 mi右，采用快 0 n左速静态定位方法

,观测时间更短。例如使用 T m i- be 8 0 P l 0 G S接收机的 R K法可在 5 4 T s以内求得测点坐标。

项目，全部占地面积达 3 0 50余亩，主要包括航站楼、停机坪、货运库、高架桥、消防中心、污水处理厂等 1 9个子项工程，同时考虑即将上马的跑道延长工程需要，以及机场今后的发展规划，施工控 制测量采用“面布设、逐级控制、组网平差、统 全一

⑤功能齐全。在精确测定观测点平面位置坐标 的同时，还可测定其大地高程。利用实时动态定位还能进行数字地形图的测绘及工程施工放样工作。 ⑥自动化程度高，操作简便。目前 G S接收 P机已趋于小型化和操作全自动化，作业人员只需将 天线对中、整平、量取天线高，打开电源监测仪器

成果”的原则，利用测区附近的已知控制点作为首级控制点进行加密控制，并对两次布网成果进行

比较分析，最终形成统一的测量成果提交使用。1 .网形布设

19 9 9年 2月委托四川省第一测绘工程院沿 2 0国道与机场之间建立了施工测量控制网 (下 1以

工作状态及采集环境气象资料即可，捕获、跟踪和

简称旧网 ),其测量成果资料已广泛应用于航站区扩建工程的地质勘察、地形图测绘和土地征用等工

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作，同时航站楼、停机坪、高架桥等前期开工项目 的放样定位、施工控制也以此为依据，但随着场区土石方平整工程的全面施工，许多测量控制点要么遭人为破坏，要么成了孤点，互不通视，也不便发

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