本单元教学重点和难点
教学目标
了解GPS定位系统的优点和在经济建设中的作用，激发学生学习本门课程的主动性和自觉性。
一、GPS测量技术应用
GPS性能优异，应用范围极广。可以说，在需要导航和定位的部门都可利用 GPS。GPS系统的建成和应用是导航定位技术的一场革命。
1.GPS测量技术的应用
GPS系统最初设计的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但后来的应用开发表明，GPS不仅可以达到上述目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对位置，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量和毫微妙级精度的时间测量。具体地说，GPS系统有
以下方面的主要应用：
1.1．导航
由于GPS系统能以较好精度实时定出接收机所在位置的三维坐标，实现实时导航，因而GPS系统可用于海船、舰艇、飞机、导弹、车辆等各种交通工具及运动载体的导航。在海湾战争中，美国等多国部队利用GPS接收机进行飞机、舰艇导航、弹道导弹制导以及各类军事服务（收集情报、绘制地图）。因此，美国军方使用后的结论是：GPS是作战武器效率倍增器，GPS是赢得海湾战争胜利的重要技术条件之一。目前GPS导航型接收机的应用也非常普遍，可以为使用者实时提供三维位置、航向、航迹、速度、里程、距离等导航信息，广泛地用于旅游、探险等行业。
地面网GPS导航定位的新发展主要体现在以下三方面：GPS手机的出现、基于GPS技术的车辆监控管理系统、基于GPS技术的智能车辆导航仪。手机功能的新趋势是将GPS纳入其中。一部“导航手机”在GSM 900／1800的双频网络的覆盖下，借助可跨国接收的强力天线的感应以及12个渠道的接收信号，就可实时点出你的所在地，并显示出附近地势、地形、街道索引的道路蓝图，其稳定接收度直逼卫星电话。同时，因为GPS手机收讯人除了听到对方“救命”之声外，更可确切地显示待救者所在的位置，为那些爱征服恶劣环境的人多提供了一种崭新安全设备。特大屏幕设计，除了方便察看地图，还可以方便浏览有关图表和详细列出的平均时速，所行路程的距离、时间、方位、路线及风速等数据资料。
基于GPS技术的车辆监控管理系统。该系统将任何装有GPS接收机的移动目标的动态位置（经度、纬度、高度）、时间、状态等信息，实时地通过无线通讯网链传至监控中心，
在具有强大的地理信息处理、查询功能的电子地图上显示移动目标的运动轨迹，其准确位置、速度、运动方向、车辆状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询，以确保车辆的安全，方便调度管理，提高运营效率。它还能及时地将车辆上人为产生的状态，如报警信息等送
到监控中心，迅速给予帮助。
基于GPS技术的智能车辆导航仪。它以电子地图为监控平台，通过GPS接收机实时获得车辆的位置信息，并在电子地图上显示出车辆的运动轨迹。当接近路口、立交桥、隧道
等特殊路段时可以进行语音提示。作为辅助导航仪，可按照规定的行进路线使司机无论在
熟悉或不熟悉的地域都可迅速到达目的地，该装置还设有最佳行进路线选择及线路偏离报
警等多项辅助功能。
1.2．授时
随着社会的发展、生活节奏的加快，人类对时间的认识越来越深刻。准确、可靠的时
间对社会和我们每个人都是十分重要的。目前各国都竟相研制各种授时和校时手段。授时
方法有长、短波授时、GPS时间信号、卫星授时、电话授时和计算机网络授时等。
利用GPS可进行高精度的授时。因此，GPS成为最为方便、最为精确的授时方法之一。利用GPS技术可提供自动化中需要的精确同步时间，可做出精确的授时钟，GPS授时钟综合精度可优于0.5 s。电网调度自动化要求主站端与远方终端（RTU）的时间同步。目前，微机故障录波器均有机内标准时间环节。由于时间元件自身误差和不同型号的录波器
时间元件差异，往往造成各故障录波器在发生故障时记录时间差异较大，给分析系统事故
带来不便。GPS技术可以获得高可靠性及高精度的秒脉冲（IPPS），通过串口输出时间能
不断修正原来录波器时间元件，可使全系统故障录波器时间同步。
1.3．高精度、高效率的地面测量
GPS的出现给测绘领域带来了根本性的变革，具体表现：在大地测量方面，GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时
至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立的大地控制网。一
般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来大致可以将GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数百公里至上万
公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力
学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等
问题。另一类是区域性的GPS网，包括GPS城市网、矿区网和工程网等，这类网中的相邻
点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。在工程测量领域，GPS定位技术正在日益发挥其巨大作用。如，利用GPS可进行各级工程控制网的测量、GPS用于精密工程测量和工程变形监测、利用GPS进行机载航空摄影测量、利用RTK技术
进行点位的测设等。在灾害监测领域，GPS可用于地震活跃区的地震监测、大坝监测、油
田下沉、地表移动和沉降监测等，此外还可用来测定极移和地球板块的运动。
1.4．GPS连续运行站网和综合服务系统的应用
在全球地基GPS连续运行站的基础上组成的 IGS（International GPS Service），是
GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS
精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。在大地测量和地球动力学方面支持了电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨率的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等科学项目。日本
己建成近1200个GPS连续运行站网的综合服务系统，在以监测地壳运动和预报地震为主要功能的基础上，目前结合气象和大气部门开展GPS大气学的服务。
1.5．GPS在卫星测高、地球重力场中的应用
重力探测技术的重要进展是开创了卫星重力探测时代，GPS为卫星跟踪卫星和卫星重
力梯度测量提供了精确的卫星轨道信息和时间信息。包括观测卫星轨道摄动以确定低阶重
力场模型，利用卫星海洋测高，直接确定海洋大地水准面以及GPS结合水准测量直接测定
大陆大地水准面，可获得厘米级的大地水准面。这一重力探测技术的突破，提供了一种可
全球覆盖重复采集重力场信息的高效率技术手段。INS／GPS组合系统、INS／重力精化大地水准面是局部重力场逼近的长期目标，也是大地测量应用本身（特别是GPS技术的
广泛应用）及研究活动构造带地壳运动和时变重力场效应的需要。目前，以 EGM 96（包括其他较好的地球重力场模型）作为参考模型，同时利用高精度、高分辨率DTM、GPS水准、卫星测高数据、地面重力数据及航空重力数据，在数据覆盖较好的国家或地区以10－6的相对精度和几千米的分辨率确定局部或区域大地水准面己成为现实。空基和星基GPS技术进
入实用化阶段。
1.6．GPS在大气监测中的应用
GPS气象学（GPS/MET）的研究己成为热点之一。根据GPS接收机的位置，GPS遥
感大气水汽含量可分为地基和空基两种技术。地基GPS遥感技术能以较高的平面分辨率测
定大气中可降水份，目前其精度可达到l－2mm。GPS在遥感对流层方面，探测数据具有覆
盖范围广（全球）、高垂直分辨率、高精度和高长期稳定性的特点，可测定大气中的水汽含量，提高数值大气预报的准确性和可靠性。通过测定电离层对GPS信号的延迟来确定单位
体积内总自由电于含量（TE），以建立全球的电离层数字模型，即所谓提供“空间大气预报”。目前正在研究将这些星载的气象和电子浓度截面数值，结合地面GPS站数据，做成层析
图像提供使用。它将在大气预报、空间大气预报、气象监测方面作出巨大贡献。空基GPS
用掩星法可提供电离层离子浓度和大气中可降水份的连续水平截面信息，结合地基GPS的
垂直截面信息，可生成三维层析成像资料。
2.GPS系统的应用前景及在我国的应用概况
利用GPS信号可以进行海、陆、空、地的导航，导弹制导，大地测量和工程测量的精
密定位，时间传递和速度测量等。在测绘领域，GPS定位技术已用于建立高精度的大地测
量控制网，测定地球动态参数；建立陆地及海洋大地测量基准，进行高精度海陆联测及海
洋测绘；监控地球板块运动状态和地壳变形；在工程测量方面，已成为建立城市与工程控
制网的主要手段；在精密工程的变形检测方面，它也发挥着极其重要的作用；同时GPS定
位技术也用于测定航空航天摄影瞬间相机的位置，可在无地面控制或仅有少量地面控制点
的情况下进行航测快速成图，引起了地理信息系统及全球环境遥感监测的技术革命。
在日常生活方面是一个难以用数字预测的广阔领域，手表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。GPS将像移动电话、传真机、计算机互联网对我们生活的影响一样，人
们的日常生活将离不开它。GPS、RS（Remote System）、GIS（Geographic Information System ）技术的集成，是GPS的一个重点应用方向。
新中国成立后，我国的航天科技事业在自力更生、艰苦创业的征途上，逐步建立和发展，跻身于世界先进水平的行列。2005年10月，成功地发射了“神舟六号”航天飞船，
这表明我国已成为世界空间强国之一。从1970年4月把第一颗人造卫星送入轨道以来，我国已成功的发射了30多颗不同类型的人造卫星，为空间大地测量工作的开展创造了有利的条件。
20世纪70年代后期，有关单位在从事多年理论研究的同时，引进并研制成功了各种
人造卫星观测仪器。其中有人卫摄影仪、卫星激光测距仪和多普勒接收机。根据多年的观
测实践，完成了全国天文大地网的整体平差，建立了1980年国家大地坐标系统。
20世纪80年代初，我国一些院校和科研单位已开始研究GPS技术。20多年来，我国的测绘工作者在GPS定位基础理论研究和应用开发方面作了大量的工作。80年代中期，
我国引进GPS接收机，并用于各个领域，同时着手研究建立我国自己的卫星导航系统。
在大地测量方面，利用GPS技术开展国际联测，建立全球性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地水准面，组织多个部门（10多个单位，30多台GPS双频接
收机）参加1992年全国GPS定位大会战。经过数据处理，GPS网点地心坐标优于0.2m，
点间位置精度优于10-8。在我国建立了平均边长约100km的GPS A级网，提供了亚米级精度地心坐标基准。并在A级网的基础上，我国又布设了边长为30~100km、全国约2500个点的B级网。A、B级GPS网点都联测了几何水准。A、B两级GPS控制网为我国各部门
的测绘工作和建立各级测量控制网，提供了高精度的平面和高程三维基准。1990年3、4
月间，我国完成了南海岛5个岛礁8个点位和陆地上4个大地测量控制点之间的GPS联测，初步建立陆地南海大地测量基准，使海岛与全国大地网联成一个整体。
在工程测量方面，应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。加
密测图控制点，应用GPS实时动态定位技术（简称RTK）测绘各种比例尺地形图和施工
放样。2005年“珠峰高度”测量中，利用GPS技术参与测量，为精确测定珠峰高度提供
了科技保障。我国的一些城市正在建立“GPS台站网”，这将为城市基础测绘、和“数字
城市”建设提供高精度的定位技术服务。
在航空摄影测量方面，我国测绘工作者也经历了应用GPS技术进行航测外业控制测量、航摄飞行导航、机载GPS航测等航测成图的各个阶段。
在地球动力学方面，GPS技术用于全球板块运动监测和区域板块运动监测。我国已开
始用GPS技术监测南极洲板块运动、青藏高原地壳运动、四川鲜水河地壳断裂运动，建立了中国地壳形变观测网、三峡库区形变观测网、首都圈GPS形变观测网等，地震部门在我国多地震活动断裂带布设规模较大的地壳形变GPS监测网。
在海洋测绘方面，GPS技术已经用于海洋测量、水下地形测绘。
我国的《全球定位系统（GPS）测量规范》已于1992年10月1日起实施，并于2001年9月1日起实施新的国家标准。同时还颁布实施了《全球定位系统城市测量技术规程》(cjj 73-97) 等一系列行业规程规范。
在科研院所，广泛地开展了GPS静态定位和动态定位的理论和应用技术的研究，研制开发了一系列GPS高精度定位软件和GPS网与地面网联合平差软件以及精密定轨软件，
实现了商品化，并打入国际市场。在理论研究与应用开发的同时，培养和造就了一大批技术人才的产业队伍。
我国在GPS卫星定轨跟踪网及GPS精密星历服务工作方面取得了显著成果。先后建
成了北京、武汉、上海、西安、拉萨、乌鲁木齐等永久性的GPS跟踪站，进行对GPS卫
星的精密定轨，为高精度的GPS定位测量提供观测数据和精密星历服务，致力于为我国自主的广域差分GPS（WADGPS）方案的建立，参于全球导航卫星系统（GNSS）和GPS增强系统（WAAS）的筹建。同时，我国已着手建立自己的卫星导航系统（双星定位系统），能够生产导航型和大地型GPS接收机。在我国GPS技术的应用正向更深层次方向发展。
此外，在军事部门、交通部门、邮电部门、地矿、煤矿、石油、建筑以及农业、气象、土地管理、金融、公安等部门和行业，在航空航天、测时授时、物理探矿、姿态测定等领域，也都开展了GPS技术的研究和应用。已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活，卫星定位系统已成为继通信、互联网之后的第三个IT新增长点。目前，我国的GPS应用在以下两方面将得到迅速发展：
其一：以车载导航为核心的移动目标监控、管理与服务市场快速启动。基于位置的信息服务无疑将是未来卫星导航定位技术最广阔、最具潜力和最引人注目的发展方向之一。并出现了为汽车拥有者提供财产监控、导航服务、报警寻车等服务，并考虑了娱乐、交通信息提供、信息定制、移动办公等应用框架。
其二：面向个人消费者的移动信息终端将大为流行。出于社会安全考虑，美国政府规定到2010年每一台个人手机，都必须有卫星移动定位功能。随着卫星导航定位设备的小型化甚至芯片化，各种嵌入式电子产品种类极大丰富，并与人们的生活越来越紧密地结合在一起。
现在GPS技术己发展成多领域（陆地、海洋、航空航大）、多模式
（GPS、LADGPS、WADGPS）、多用途（在途导航、精密定位、精确定时、卫星定轨、灾害监测、资源调查、工程建设、市政规划、海洋开发、交通管制等）、多机型（测地型、定时型、手持型、集成型、车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式等）的高新技术国际性产业。其应用领域，上至航空航天器，下至捕鱼、导游和农业生产，己经无所不在了。正如人们所说的“GPS的应用，仅受人类想象力的制约”。
二、GPS测量的特点
1.GPS相对于其他卫星定位系统的特点
GPS系统是目前在导航定位领域应用最为广泛的系统，它以高精度、全天候、高效率、多功能、易操作等特点著称，比其它导航定位系统具有更强的优势。GPS与
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