摘要：由于GPS是一種全天候、高精度的連續的定位系統，并且具有定位速度快、費用低、方法靈活多樣和操作簡便等特點，所以它不僅在測量學，而且在導航學及其相關學科領域，獲得了及其廣泛的應用。本文從GPS的組成部分和特點出發，結合GPS測量技術在航道測量實際中的應用,介紹了靜態GPS測量技術和RTK技術在航道工程測量中的應用。
關鍵詞： GPS;航道工程;測量
1.GPS測量簡介
全球定位系統(GPS)是美國國防部于1973年開始，歷時約20年，耗資300億美元，于1993年成功建立了全球定位系統。GPS的出現已引起了測繪技術的一場革命，它可以高精度、全天候、快速測定地面點的三維坐標，使傳統的測量理論與方法產生了深刻變革，促進了測繪科學技術的現代化。GPS系統由以下三部分組成.如下圖所示:
(1)空間星座部分：全球定位系統的空間星座部分由24顆工作衛星，3顆可隨時啟用的備用衛星。工作衛星均分布在6個近圓形軌道內，每個軌道面上有4顆衛星，衛星軌道面相對地球赤道面的傾角為55°，各軌道平面質檢相距60°，即軌道的升交點赤經各相差60°，同一軌道上兩衛星之間的升交角距相差90°，軌道平均高度為20200km，衛星運行周期為11h58min。同時在地平線以上的衛星數目隨時間和地點而異，最少4顆，最多可達11顆，因此GPS是一種全球性全天候的連續實時定位系統。
(2)地面監控部分：GPS地面監控系統主要由分布在全球五個地面站組成，并按功能分為主控站、注入站和監測站三種。主控站負責協調和管理所有地面監控系統的工作，其具體任務有：根據所有地面監測站的觀測資料推算編制各衛星的星歷、衛星鐘差和大氣層修正參數等，并把這些數據及導航電文傳送到注入站;提供時間基準;調整衛星狀態和啟用備用衛星等。監測站的主要任務是連續觀測和接受所有GPS衛星發出的信號并檢測衛星的工作狀況，將采集到的數據連同當地的氣象觀測資料和時間信息經初步處理后傳送到主控站。
(3)GPS信號接收機：任務是能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤這些衛星運行，并接收到GPS信號進行交換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接受天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。接收機硬件和機內軟件以及GPS數據后處理軟件包構成了完整的GPS用戶設備。GPS信號接收機的結構分為天線單元和接受單元兩部分。
2.GPS在航道工程測量中的應用
2.1靜態GPS測量技術在航道工程測量中的應用
靜態GPS測量技術主要用于建立航道首級控制網，之后再利用其它測量方法進行加密的附合導線測量。控制網的建立過程如下：
第一步：到測量任務區進行實地勘察，選擇GPS點，查看附近高等級GPS點以便進行聯測，校核精度
第二步：GPS控制網的布設應根據航道兩岸地形地物、作業時衛星狀況、精度要求等因素進行綜合設計。
第三步：GPS選點應考慮便于船舶停靠岸形和避免控制點遭到破壞的地點和有利于采用其他測量方法擴展和聯測。
第四步：GPS觀測數據的處理外業觀測結束后將GPS中的數據傳入計算機中，采用南方或者中海達公司的軟件(包括采集器與計算機通訊軟件、基線向量處理軟件、網平差及坐標轉換軟件)，及時進行數據處理和質量分析。
第五步：利用全站儀測量或水準測量附合導線的方法進行首級GPS控制網的加密作業，使每一段附合導線起始于GPS點，終止于GPS點。
第六步：導線點坐標及平差計算將每段附合導線測量數據傳輸到計算機中進行角度、距離平差得到最后結果，從而得出平面坐標及高程。
2.2 RTK技術在航道測量中的應用
實時動態(RTK)定位技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分GPS(RTDGPS)技術，它是GPS測量技術發展的一個新突破，在航道維護性測量工程中有廣闊的應用前景。實時動態定位(RTK)系統其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為基準站，對衛星進行連續觀測，移動站上的接收機在接收衛星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據，隨機計算機根據相對定位的原理實時計算顯示出移動站的平面坐標和高程測量精度.這樣我們使用者就可以實時監測待測點的數據觀測質量。
動態定位在航道測量中的應用可以覆蓋水深測量、(河床)地形測量、施工放線、監理和GIS前端數據采集。測量前需要在一控制點上靜止觀測數據，實時確定采樣點的空間位置.目前，其定位精度可以達到厘米級。
動態定位模式在航道勘測階段有著廣闊的應用前景，可以完成地形測繪、橫斷面測量、縱斷面測量，及水深、河床地形等測量工作。整個測量過程在不需通視的條件下，測量1～3 s，精度就可以達到10～30mm，有著常規測量儀器(如全站儀)不可比擬的優點.RTK技術具有很大的優點：實時動態顯示經可靠性檢驗的厘米級精度的測量成果，從而提高了GPS作業效率，每個測量點只需要停留1～2s，移動站小組作業(1～2人)可完成地形測量5～10km，其精度和效率是常規測量所無法比擬的。GPS與測深儀連接進行水深測量，可以實時定位采樣點水深，精度一般可控制在≥5cm，充分滿足水運工程規范要求。
GPS靜態定位和動態技術相結合的方法可以高效、高精度地完成航道平面控制測量，水深測量，河床地形測量，護岸定線和疏浚放線測量等。
2.3航道控制網的建立
按GPS勘測規程要求，和水運工程規范的要求，每0.5～1km間設一控制點，具體情況可以航道兩岸地形與地物而定。
3.GPS技術的優點和局限性
3.1GPS技術的優點
(1)觀測站之間無需通視。既要保持良好的通視條件，又要保障測量控制網的良好結構，這一直是傳統測量技術在實踐方面的困難問題之一。GPS測量不要求觀測站之間相互通視，這一優點即可大大減少測量工作的經費和時間，同時也使點位的選擇變得更加靈活。
(2)定位精度高，沒有誤差積累。只要滿足GPS的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內，GPS可同時精確測定測點的三維坐標，高程測量精度可滿足四等水準要求，且沒有累積誤差。實測中，基準站架設在視野開闊且附近無高大建筑物的控制點上，作業半徑約為8~10 km。
(3)觀測時間短。進行GPS測量時，將基站架設在已知控制點上，測量人員手持流動站，利用RTK技術每點定位歷時僅幾秒鐘，速度很快。
(4)操作簡便。GPS測量的自動化程度很高，在觀測中，測量員的主要任務只是安裝并開關儀器、量取儀器高、監控儀器的工作狀態和采集環境的氣象數據，而其他觀測工作，如衛星的捕獲、跟蹤觀測和記錄等均有儀器自動完成。
(5)全天候作業。GPS觀測工作，可以在任何地點、任何時間連續地進行，一般也不受天氣狀況的影響，風雨天均可實施。
3.2 GPS技術的局限性
外部環境對GPS的使用及精度會有一定的影響，如近距離的高壓線路、建筑物、高大樹木、河道上的橋梁都會影響GPS接收效果，因此在測量時應盡量避開這些障礙物。當衛星信號無法接收時，需通過全站儀、水準儀完成附近的測量任務。目前隨著GPS技術的升級換代，上述因素對測量的影響大大減輕，如目前許多GPS還可以接收俄羅斯的Glonass衛星信號，大大提高了設備的衛星信號跟蹤性能。
4.小結
為滿足水運工程規劃、設計、施工、驗收和船舶安全航行的需要，必須定期和不定期地對現行航道進行常規性的維護測量。通過GPS現代先進的測繪技術的設備，再配合先進數字測深儀同時進行測量，從而大大提高了航道測量的周期和精度。GPS定位技術和測深技術成為現代航道工程測量領域中應用最新和最廣泛的技術。
