GPS知识简介
一、GPS概述
GPS又称全球定位系统（Global Positioning System）。美国从上世纪70年代开始研制，于1994年全面建成。具有在海、陆、空进行全方位三维实时导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS目前在我国成功的应用在大地测量、工程测量、航空摄影测量、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，它的问世给测绘领域带来了深刻的技术革命。
（一）GPS系统的特点
1．全球，全天候工作
能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间。不受天气的影响。2．定位精度高
单机定位精度优于10米，如果采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。3．应用广
在测量、导航、测速、测时等方面广泛应用，其应用领域不断扩大。
（二）GPS系统的组成
GPS由三个独立的部分组成：
1．空间部分：
空间部分由21颗工作卫星和3个备用卫星组成。均匀的分布在6个卫星轨道上，备用卫星随时可以替代发生故障的工作卫星。
2．地面监控系统：
1个主控站，3个注入站，5个监控站。
3．用户接收机：
接收GPS卫星发射信号，以获得导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。接收机由主机、天线和电源组成。
二、GPS定位原理
（一）伪距差分原理
在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至
用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度。
（二）载波相位差分原理
载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位测量的差分方法。即将基准站采集的载波相位发给用户接受机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。
三、GPS性能简介
ETrex Venture的操作关键是五个主页的调用。
（一）仪器的按键极其功能：
1．鼠标键：
按下后放开，对所选择菜单或选项确认。按下并保持，把当前的位置标定为航路点。对鼠标键上下/左右移动，可以将光标移到选项或菜单上，移动到屏幕上的按键、图标上，能输入中文和数据，移动地图页面箭头。
2．翻页键：
按下后放开，循环显示各个页面。
3．电源键：
按下并保持，可以开机或关机。
4．缩放键：
按下并保持，当在地图页面时放大或缩小比例尺。
5．查找键：
按下后放开，访问查找菜单。
（二）常见名词含义
1.航点：GPS接收机所有的点，都可以称为航点。
2.航路点：由使用者自行设定的航点。
3.航线：依次经过若干航点的由使用者自行编辑的行进路线。
4.航迹：使用者已经行进过路线的轨迹。航迹是以点的形式储存在接收机中，这些点称为航迹点。
四、GPS的使用技术
（一）主菜单页面基本情况
在主菜单页面上包含了：
⑴存点页面——标定和记录当前位置。
⑵查找页面——查询并前往航路点。
⑶航线页面——利用沿线的航路点建立到达目的地的航线，计算面积。
⑷航迹页面——存储航迹。
⑸设置页面——设置时间、度量单位。
⑹工具页面——提供太阳和月亮的位置数据，进行面积计算。
（二）坐标转换方法（WGS84—BJ54）
GPS卫星星历是以WGS84坐标系（经纬度坐标系）为根据建立的，我国目前应用的地形图属于1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系，因不同坐标系之间存在平移和旋转关系（WGS84坐标系与我国应用的坐标系之间的误差约为80—120米），所以在我国应用GPS进行绝对定位必须进行坐标转换。转换后的绝对定位精度可由80—120米提高到5—10米。
1.标位格式的设定（User Grid）
标位格式设定为“User UTM Grid”，其中“中央经线”为用户所在地的中央子午线的经度，如北京应输入“117º00.000′″”；“投影比例”为比例参数，应输入
“1.0000000”；“东西偏差”输入“500000.0”；“南北偏差”输入“0.0”.对中国用户,所有“经度起点值”均为东经(E),其他三个值相同。
操作步骤:
⑴按翻页键到主菜单画面(见图),将光标移至“设置”处。
⑵向下按鼠标键,进入“单位”画面（见图），将光标移至“位置显示格式”下。
⑶向下按鼠标键，上或下移动光标，直到User UTM Grid出现，（见图）。按输入键进入“用户坐标画面”（见图）。
⑷向下按鼠标键，光标会落在一连串数字的最左端（见图），并出现数字键盘，找到所要修改的数字位置。
⑸上下移动光标选择（0—9）中所需要的数字或字符，完成“中央子午线值”的输入。
⑹用同样的方法输入“投影比例值”和其他两个值。
⑺将光标落在“存储”处，向下按鼠标键，完成参数输入。
2.坐标系统参数的计算及输入（User）
⑴坐标系统参数的计算
搜集应用区域内GPS“B”级网三个以上WGS84坐标系B、L、H值及我国BJ54或西安80坐标系B、L、h、X值。（B、L、H分别为大地坐标系中的大地纬度、大地经度及大地高，h、X分别为大地坐标系中的高程及高程差异）。
计算不同坐标系三维直角坐标值。计算公式：
X=（N+H）cosBcosL；
Y=（N+H）cosBsinＬ；
Z=[N（1-E2）+H]sinB
表5-1 不同坐标系对应椭球的有关常数表
项目
WGS84坐标系
BJ54坐标系
西安80坐标系
A
6378137m
6378245m
6378140m
E2
0.00669437999013
0.006693427
0.006694385
F
1/298.257223563
1/298.3
1/298.257
(X、Y、Z为大地坐标系中的三维直角坐标；A为大地坐标系对应椭球长半轴；E为大地坐标系对应椭球第一偏心率；F为对应椭球之扁率；N为该点的卯酉曲率半径，H=h+x，N=A/（1-e2sin2B）1/2；该处H为BJ54或西安80坐标系中的大地高)
求出DX，DY，DZ，DA，DF：
利用WGS84坐标系的X、Y、Z及A、F值减去我国坐标系的对应值，得出实现坐标系统转换的五个参数。（应算出WGS84与北京和西安坐标系两套参数。）参数验证：
参数计算之后必须对其进行验证。即在应用区域内选择5个以上水准点进行实测，实测值与测绘部门提供的理论值对比，如果最大误差不大于15米，平均误差不大于10米，计算的参数可用，否则重新计算或查找出现问题的原因。
⑵坐标系统参数的输入
坐标系统参数输入步骤：
①移动光标到“地图基准”处，向下按鼠标键。见图5-28（a）
②选择User，向下按鼠标键。见图5-28（b）
③输入DX DY DZ DA DF 值后，按储存结束。
注意各地DA DF值相同，DX DY DZ值各不相同，其中DA=-108 DF=0.0000005
(三)航路点的保存
存点方法：
向下按住鼠标键找到存点页面，当鼠标键下按后，当前的点作为新标定的航路点。对此航路点可以自动编号，也可以用字母或中文命名。依次可以完成其它点的标定与保存。利用“查找菜单”能够查到亿标定的信息。
(四)目标点的导航
GPS能够对已经存储的航路点用地图页面或导航页面可以完成导航，并到达的目的地。
导航方法：
⑴按查找键显示查找菜单。见图5-29（a）
⑵用鼠标键在分类表中选择航路点。
⑶屏幕中会提示“最近的”或“按名称”，按鼠标键选择想到达的目的地的名称。见图5-29（b）
⑷如果按鼠标键选择“最近的”，屏幕中显示已经储存的最近的航路点表。见图5-29（c）
⑸选定想导航的航路点，下按鼠标键，屏幕显示该航路点的信息页面。见图5-29（d）
⑹用鼠标键选择屏幕底下的“导航”。按鼠标键激活导航功能。屏幕将自动转到导航页面。见图5-29（e）
⑺按照方向指示器的箭头方向行走，直到箭头指向罗盘的顶部。如果箭头指向右边，表明目标的位置在你的右边。如果它指向上方，说明你在去目的地的路上。
⑻当你接近航路点时屏幕会显示“到达目的地”。
⑼在地图页面或导航页面选择“停止导航”，目标点的导航完成。
(五)面积计算
GPS计算的面积是由几个点作为顶点所组成的一个多边形的面积。
面积计算方法1：
⑴选定某条航线，选择页面顶部的选项菜单。
⑵选定“面积计算”选项，按鼠标键确认，仪器会自动计算出面积。（见图）
面积计算方法2：
⑴选择工具中的“面积计算”，按下鼠标键进入航迹求面积页面。见图5-30（a）
⑵用鼠标键按下“开始”按钮，出现图5-30（a）画面。
⑶沿着要测量的区域边界走出一个闭和轨迹。
⑷回到起点后，用鼠标键选择“结束”按钮确认，仪器会自动计算出闭合轨迹所围成的面积。见图5-30（b）、图5-30（c）
⑸如果没有走完闭合曲线就选择了“结束”按钮，计算的面积为已走过的航迹和这条连线所围成的面积。
注意：GPS只有在定位的状态下用航迹测面积方法得到的结果才准确。测定的区域越大，计算的面积才准确。
五、GPS的应用
GPS具有全天候、实时、迅速和高精度的性能，无论台式还是手持式在生产中的应用都很广泛。
（一）地籍测量中界址点的测量
在土地管理工作中，为了查清土地的自然状况，利用情况以及土地权属问题应用GPS进行全区域的控制测量，首先用它建立地籍控制网确定界址点的坐标，使用单频机实测边长在10Km以内的GPS网所得的最大点位误差均在2.5cm之内。
（二）线路控制测量中的应用
随着我国交通运输业的不断发展，GPS在高等级公路的设计与修建中起到了重要作用。布设高等级GPS网，点与点之间采用导线方式联接。通过实测网平差得出的点位误差小于1cm。
（三）在林业中的应用
⑴在苗圃地测设、林地面积测定、森林植物分布区域和垂直分布带的确定，均可以利用GPS接收机定位、存储航点和导航完成。
⑵在全国森林资源清查中，对布设的固定样地定位，能够将样地号存储到接收机中。在固定样地复位时，使用接收机快速准确地导航到目标点。
⑶GPS在飞播造林及利用飞机喷撒农药中利用导航技术将种子和农药有效的飞撒到目的地上。同时，GPS在森林防火中起到实时监控作用。