GPS应用与发展

张治宇（长安大学地质工程与测绘学院  陕西西安  710061）

摘 要：自上世纪70年代起,GPS技术不断的发展突飞猛进,以其全天候、高精度、高效性、不受视野条件限制、可提供全球统一的三维地心坐标等诸多优点被广泛应用于用于国民经济、国防建设等各个领域。同时，随着空间技术与计算机科学的迅猛发展，GPS技术呈现出了新的发展趋势。本文简述GPS在各个领域中的应用，并对GPS未来的发展提出自己的意见与想法。

关键词：GPS；应用；发展现状；前景；综合应用

1957年10月4日，世界第一颗人造卫星发射成功，代表着人类对于空间的探索迈出了里程碑的一步。1964年由美国海军研制成功并投入使用的子午仪卫星导航系统揭开了利用人造卫星系统定位的序幕。上个世纪70年代，美国开始了新一代卫星导航系统GPS的研发，经过二十多年的努力与300多亿的投入，于1994年完成了24颗GPS卫星星座的布设，其全球覆盖率高达98%。直到今天，GPS仍然是GNSS的重要组成部分，在导航、定位、授时等方面发挥着巨大的作用。

一、GPS的应用

GPS的诞生使导航与定位发生了重大变革，极大地满足了人们在地球表面导航定位与测量的各项需求。经过数十年的发展，现如今GPS已经发展成为多领域、多用途、多模式的国际性新兴产业。GPS作为21世纪产业革命中所诞生的重要技术，凭借其高精度、高效性、多功能、全天候、受环境制约小、操作简单、抗干扰等诸多优点，无论是在国民经济建设还是在国防建设中，都发挥着巨大的作用，渗透到人们生产与生活的方方面面。

1.GPS在专业领域的应用

GPS在测绘领域中，可以说应用于整个行业的方方面面。GPS作为获取地理目标点位信息以及速度信息的重要途径，可应用于精密制导、大地测量中的精密定位，卫星授时和速度的测量等。比如利用GPS技术建立高精度的国家大地测量控制网，建立海陆测量基准，海平面测定，监测地壳形变以及板块变化；同时，GPS也是工程测量中建立控制网的有力手段。GPS还可以为测绘中的其他行业提供高精度实时的基础数据，比如，GPS与RS相结合，可实现航测快速成图，并大大减少地面控制数量；GPS与GIS相结合，为GIS提供高精度、实时的基础数据，完善了点位信息的实时获取与处理。

2.GPS在民用领域的应用

随着人民生活水平的提高，交通运输行业的不断发展，面向各类用户的导航定位服务以及交通调度系统蓬勃发展, 刺激了GPS行业的繁荣发展。如近年来随着私家车拥有量的增长而迅速普及的车载导航服务；再比如说，随着网络购物风潮而兴起的物流行业及其所建立的，基于GPS与GIS的物流控制与管理系统。近年来，GPS的应用更加广阔而成熟，如基于GPS,GIS与GSM的协寻系统的逐步普及，一定程度上保障了人民的生命财产安全。GPS有着无与伦比的潜力，现如今对GPS的应用开发不过是冰山一角，在未来，GPS的应用只会受到人们想象力的限制。

二、GPS与其他技术在测绘中的综合应用

GPS由于其多功能的特性，与诸多其他测量技术均可很好的配合，可提高精度与作业效率。下面，仅举出GPS与其他技术相结合的两个实例。

1.GPS与测深仪在水下测量中的联合应用

测定水下地表起伏与水底地物的测量工作称之为水下测量。由于受到技术条件的制约，以测深锤和测深杆进行测量的传统策测量方式，极受到所测水体的限制，同时，测量精度不高。而经纬仪、水准与测深声纳联合测量的方法，属人员密集型工作，内外业工作量大、效益低、精度差。“GPS+回声测深仪”测量水下地形，具有速度快、精度高、人工干预少、自动化程度高的特点^[1]故此GPS与测深仪常联合应用于水库、河流、湖泊以及航道的水下地形测量。GPS与回声测深仪相结合，应用于水下测量时，可全天候作业，不受视线遮蔽的限制，可获取水面高程的实时信息，并同步采集高程与平面数据，自动化完成数据处理与成图操作，实现内外业一体化缩短成图周期，水下平面测量数据可达厘米级，提高了测量精度与作业效率，有很大的社会经济效益。随着声呐技术、计算机技术的不断发展，GPS-回声测深仪系统又有了极大地发展。

利用GPS-回声测深仪系统进行水下测量工作主要分为两部分——定位以及水深测量。在测量时，由位于测深仪换能器上方的GPS流动站完成水面高程测量与平面位置测量，由测深仪完成水深测量，测的发射源与水下带测点之间的距离在加上吃水改正，即可得到水深，水下定位点的高程则为GPS高程与测深仪所测水深之差。GPS-回声测深仪系统应用于水下测量是GPS技术与其他技术相结合共同完成测量任务的一个典例。

2.GPS与InSAR集成技术的应用

合成孔径雷达干涉（InSAR）是一种全新的空间对地观测技术，通过主动遥感的手段得到同一目标区域成像的复图像对，并得到干涉图像，以干涉图的相位值为基础，求得两次成像中微波的路程差，从而得到目标区域的地形与地貌的微小变化。在地学研究的诸多领域中InSAR以其全天候、大范围、高分辨率、高精度等优势而备受关注。但InSAR技术对大气误差、卫星轨道误差、地表状况以及时态不相关等因素非常敏感。^[2]

GPS技术与InSAR技术相比，拥有者很高的时间分辨率，允许长时间连续观测，并且可获取高精度的绝对坐标，同时，连续观测的GPS网可以提供大气时延差改正与轨道误差改正。然而，GPS亦有其技术上的局限性。首先，GPS网的基线较长，使得其空间分辨率较低；其次，GPS只能提供单个点的信息无法提供整个目标区域范围内连续的信息；同时，GPS对于高程信息不敏感，测高精度较低。

GPS与InSAR在功能上互补，两种技术的融合提高了信息获取的可靠性，改正了InSAR数据自身难以消除的各类误差。同时GPS与InSAR集成技术，能够突破单一技术的限制，将两者优势结合起来,实现了GPS高时间精度与InSAR高空间精度的结合、GPS高平面精度与InSAR高精度的统一，极大地提高时空域分辨能力，推动地学研究向着更深更远的领域发展。

三、GPS技术的发展前景

随着卫星星座的增加，各国各地区各自的卫星导航系统的建立，卫星发射成本的降低与使用寿命的提高，微电子科技、计算机科学等相关领域的发展，GPS技术呈现出了新的发展态势：

1、随着各国各自卫星导航系统的建立，出于提高定位精度与定位速度因素的考虑，单星座接收机制将被多星座兼容机制所取代。卫星导航系统多极化发展成为大势所趋。

2.GPS技术的发展与应用会逐渐深入，乃至影响到国民经济、国防建设等社会生产生活的方方面面。由于GPS能够相对低廉、快速的提供空间信息与时间信息，使得GPS成为现代获取时空信息的重要来源。

3.GPS信号干扰与抗干扰技术的研究将会成为GPS研究方向的一个重要课题。海湾战争使信息战争初露头脚，后续的各场战争更让我们看到了把持信息的重要性。各国卫星导航系统相当于各自的耳目，如果能干扰到对方的卫星导航系统，则战争已经赢了一半。如何干扰敌方的GPS信号以及如何防止我方的GPS信号受到干扰就成为了我们所要研究的重要课题。

4.各国会加紧对本国的卫星导航系统的建立。首先，只有拥有自己的卫星导航定位系统才能不受制于人，才能充分的发挥GPS技术的各项能力。其次，太空中的轨道资源是有限的，并且，在人类找到完善的卫星回收方法前，轨道资源同时是不可再生的。因此，有能力建设卫星导航系统的国家都会抓紧时机抢占有限的资源。

5.GPS与其他相关技术的综合应用是GPS发展的主流。如GPS与GSM和CDMA的结合已成为全球通信导航界的热点和发展总趋势；GPS与InSAR相结合成为了地学研究的重要手段；GPS与全站仪向结合更加方便的实现了沉降观测。由此可见，GPS与其他诸多手段相结合，取长补短，既弥补了GPS以及其他技术的不足,同时也发挥了GPS自身的长处。

四、结语

作为一个上个世纪70年代才刚刚兴起的新兴学科，GPS仍然处在快速发展阶段，展现出了无尽的潜力。而随着卫星星座的增多与计算机软硬件技术的发展，GPS还会迎来又一个发展的契机。在未来颇长的一段时间里，GPS前景广阔。

参考文献：

[1]黄刚.GPS结合测深仪水下地形测量原理与应用[J].现代物业(上旬刊),2014,11:59-60.

[2]罗海滨,何秀凤.应用InSAR与GPS集成技术监测地表形变探讨[J].遥感技术与应用,2006,06:493-496.

[3]曹冲.GPS的应用现状和发展前景[J].全球定位系统,2000,04:2-11.

[4]王京梅,沙小妹,张淑娟.GPS及应用与发展[J].山西建筑,2009,12:367-368.

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