GPS應用與發展

張治宇（長安大學地質工程與測繪學院 陜西西安 710061）

GPS應用與發展

張治宇（長安大學地質工程與測繪學院 陜西西安 710061）

自上世紀70年代起,GPS技術不斷的發展突飛猛進,以其全天候、高精度、高效性、不受視野條件限制、可提供全球統一的三維地心坐標等諸多優點被廣泛應用于用于國民經濟、國防建設等各個領域。同時，隨著空間技術與計算機科學的迅猛發展，GPS技術呈現出了新的發展趨勢。本文簡述GPS在各個領域中的應用，并對GPS未來的發展提出自己的意見與想法。

GPS；應用；發展現狀；前景；綜合應用

【DOI】10．19312/j．cnki．61-1499/c．2016．07．100

1957年10月4日，世界第一顆人造衛星發射成功，代表著人類對于空間的探索邁出了里程碑的一步。1964年由美國海軍研制成功并投入使用的子午儀衛星導航系統揭開了利用人造衛星系統定位的序幕。上個世紀70年代，美國開始了新一代衛星導航系統GPS的研發，經過二十多年的努力與300多億的投入，于1994年完成了24顆GPS衛星星座的布設，其全球覆蓋率高達98%。直到今天，GPS仍然是GNSS的重要組成部分，在導航、定位、授時等方面發揮著巨大的作用。

一、GPS的應用

GPS的誕生使導航與定位發生了重大變革，極大地滿足了人們在地球表面導航定位與測量的各項需求。經過數十年的發展，現如今GPS已經發展成為多領域、多用途、多模式的國際性新興產業。GPS作為21世紀產業革命中所誕生的重要技術，憑借其高精度、高效性、多功能、全天候、受環境制約小、操作簡單、抗干擾等諸多優點，無論是在國民經濟建設還是在國防建設中，都發揮著巨大的作用，滲透到人們生產與生活的方方面面。

1.GPS在專業領域的應用

GPS在測繪領域中，可以說應用于整個行業的方方面面。GPS作為獲取地理目標點位信息以及速度信息的重要途徑，可應用于精密制導、大地測量中的精密定位，衛星授時和速度的測量等。比如利用GPS技術建立高精度的國家大地測量控制網，建立海陸測量基準，海平面測定，監測地殼形變以及板塊變化；同時，GPS也是工程測量中建立控制網的有力手段。GPS還可以為測繪中的其他行業提供高精度實時的基礎數據，比如，GPS與RS相結合，可實現航測快速成圖，并大大減少地面控制數量；GPS與GIS相結合，為GIS提供高精度、實時的基礎數據，完善了點位信息的實時獲取與處理。

2.GPS在民用領域的應用

隨著人民生活水平的提高，交通運輸行業的不斷發展，面向各類用戶的導航定位服務以及交通調度系統蓬勃發展, 刺激了GPS行業的繁榮發展。如近年來隨著私家車擁有量的增長而迅速普及的車載導航服務；再比如說，隨著網絡購物風潮而興起的物流行業及其所建立的，基于GPS與GIS的物流控制與管理系統。近年來，GPS的應用更加廣闊而成熟，如基于GPS,GIS與GSM的協尋系統的逐步普及，一定程度上保障了人民的生命財產安全。GPS有著無與倫比的潛力，現如今對GPS的應用開發不過是冰山一角，在未來，GPS的應用只會受到人們想象力的限制。

二、GPS與其他技術在測繪中的綜合應用

GPS由于其多功能的特性，與諸多其他測量技術均可很好的配合，可提高精度與作業效率。下面，僅舉出GPS與其他技術相結合的兩個實例。

1.GPS與測深儀在水下測量中的聯合應用

測定水下地表起伏與水底地物的測量工作稱之為水下測量。由于受到技術條件的制約，以測深錘和測深桿進行測量的傳統策測量方式，極受到所測水體的限制，同時，測量精度不高。而經緯儀、水準與測深聲納聯合測量的方法，屬人員密集型工作，內外業工作量大、效益低、精度差。“GPS+回聲測深儀”測量水下地形，具有速度快、精度高、人工干預少、自動化程度高的特點[1]故此GPS與測深儀常聯合應用于水庫、河流、湖泊以及航道的水下地形測量。GPS與回聲測深儀相結合，應用于水下測量時，可全天候作業，不受視線遮蔽的限制，可獲取水面高程的實時信息，并同步采集高程與平面數據，自動化完成數據處理與成圖操作，實現內外業一體化縮短成圖周期，水下平面測量數據可達厘米級，提高了測量精度與作業效率，有很大的社會經濟效益。隨著聲吶技術、計算機技術的不斷發展，GPS-回聲測深儀系統又有了極大地發展。

利用GPS-回聲測深儀系統進行水下測量工作主要分為兩部分——定位以及水深測量。在測量時，由位于測深儀換能器上方的GPS流動站完成水面高程測量與平面位置測量，由測深儀完成水深測量，測的發射源與水下帶測點之間的距離在加上吃水改正，即可得到水深，水下定位點的高程則為GPS高程與測深儀所測水深之差。GPS-回聲測深儀系統應用于水下測量是GPS技術與其他技術相結合共同完成測量任務的一個典例。

2.GPS與InSAR集成技術的應用

合成孔徑雷達干涉（InSAR）是一種全新的空間對地觀測技術，通過主動遙感的手段得到同一目標區域成像的復圖像對，并得到干涉圖像，以干涉圖的相位值為基礎，求得兩次成像中微波的路程差，從而得到目標區域的地形與地貌的微小變化。在地學研究的諸多領域中InSAR以其全天候、大范圍、高分辨率、高精度等優勢而備受關注。但InSAR技術對大氣誤差、衛星軌道誤差、地表狀況以及時態不相關等因素非常敏感。[2]

GPS技術與InSAR技術相比，擁有者很高的時間分辨率，允許長時間連續觀測，并且可獲取高精度的絕對坐標，同時，連續觀測的GPS網可以提供大氣時延差改正與軌道誤差改正。然而，GPS亦有其技術上的局限性。首先，GPS網的基線較長，使得其空間分辨率較低；其次，GPS只能提供單個點的信息無法提供整個目標區域范圍內連續的信息；同時，GPS對于高程信息不敏感，測高精度較低。

GPS與InSAR在功能上互補，兩種技術的融合提高了信息獲取的可靠性，改正了InSAR數據自身難以消除的各類誤差。同時GPS與InSAR集成技術，能夠突破單一技術的限制，將兩者優勢結合起來,實現了GPS高時間精度與InSAR高空間精度的結合、GPS高平面精度與InSAR高精度的統一，極大地提高時空域分辨能力，推動地學研究向著更深更遠的領域發展。

三、GPS技術的發展前景

隨著衛星星座的增加，各國各地區各自的衛星導航系統的建立，衛星發射成本的降低與使用壽命的提高，微電子科技、計算機科學等相關領域的發展，GPS技術呈現出了新的發展態勢：

1、隨著各國各自衛星導航系統的建立，出于提高定位精度與定位速度因素的考慮，單星座接收機制將被多星座兼容機制所取代。衛星導航系統多極化發展成為大勢所趨。

2.GPS技術的發展與應用會逐漸深入，乃至影響到國民經濟、國防建設等社會生產生活的方方面面。由于GPS能夠相對低廉、快速的提供空間信息與時間信息，使得GPS成為現代獲取時空信息的重要來源。

3.GPS信號干擾與抗干擾技術的研究將會成為GPS研究方向的一個重要課題。海灣戰爭使信息戰爭初露頭腳，后續的各場戰爭更讓我們看到了把持信息的重要續性。各國衛星導航系統相當于各自的耳目，如果能干擾到對方的衛星導航系統，則戰爭已經贏了一半。如何干擾敵方的GPS信號以及如何防止我方的GPS信號受到干擾就成為了我們所要研究的重要課題。

4.各國會加緊對本國的衛星導航系統的建立。首先，只有擁有自己的衛星導航定位系統才能不受制于人，才能充分的發揮GPS技術的各項能力。其次，太空中的軌道資源是有限的，并且，在人類找到完善的衛星回收方法前，軌道資源同時是不可再生的。因此，有能力建設衛星導航系統的國家都會抓緊時機搶占有限的資源。

5.GPS與其他相關技術的綜合應用是GPS發展的主流。如GPS與GSM和CDMA的結合已成為全球通信導航界的熱點和發展總趨勢；GPS與InSAR相結合成為了地學研究的重要手段；GPS與全站儀向結合更加方便的實現了沉降觀測。由此可見，GPS與其他諸多手段相結合，取長補短，既彌補了GPS以及其他技術的不足,同時也發揮了GPS自身的長處。計算機軟硬件技術的發展，GPS還會迎來又一個發展的契機。在未來頗長的一段時間里，GPS前景廣闊。

[1]黃剛．GPS結合測深儀水下地形測量原理與應用[J]．現代物業(上旬刊),2014,11:59-60．

[2]羅海濱,何秀鳳．應用InSAR與GPS集成技術監測地表形變探討[J]．遙感技術與應用,2006,06:493-496．

[3]曹沖．GPS的應用現狀和發展前景[J]．全球定位系統,2000,04:2-11．

[4]王京梅,沙小妹,張淑娟．GPS及應用與發展[J]．山西建筑,2009,12:367-368．

四、結語

作為一個上個世紀70年代才剛剛興起的新興學科，GPS仍然處在快速發展階段，展現出了無盡的潛力。而隨著衛星星座的增多與