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GPS与GIS的结合及其在电力行业中的应用 天津市电力科学研究院 王汝英 1 前言 全球定位系统(GlobalPositioningSystem—GPS)是美国研制的新一代卫星导航与定位系统，具有在全球范围 内全方位、全天候、连续实时的三维导航、定位、测速的能力，还能够进行高精度的时间传递。 GPS给测绘和导航领域带来了一场深刻的技术革命。随着GPS及其软硬件的不断完善，其应用领域已遍及 包括电力在内的国民经济各个行业。随着具有GPS功能的个人信息终端设备的出现，GPS开始逐步深入人们的 日常生活。 在日常生产和生活中，85％以上的数据都与空间地理位置相关，例如厂房选址、管线走向、路由选择等。为了 Information 处理地理相关数据，地理信息系统(GeographicSystem—GIs)应运而生。GlS就是融合计算机图形和 数据库于一体，能高效、直观地创建、存储、显示、处理和分析空间信息的计算机技术和系统，其基本特征可以概括 为信息可视化。GIS把客观对象的地理位置和相关属性有机地结合起来，进行各种辅助决策，满足城市建设、企 业管理、居民生活对空间信息的要求。 把GPS与GIS的应用结合起来，把GPS的精确定位和导航功能与GIS的地理图形处理和分析功能结合起来， 将会扩展二者的功能，衍生许多新的应用，为各行业的应用带来广阔的前景。 2 GPS简介 为了满足连续实时三维导航的需要，美国国防部从1973年开始研制GPS，历时20年，耗资近200亿美元， 1993年底建成实用的GPS网，1994年GPS进入完全运行状态。 GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所 组成，其中3颗为活动的备用卫星。这些卫星分布在6个倾角为550的轨道上绕地球运行，高度20182km，运行周 期约为12恒星时。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS的控制部分是分布在全球的由若干个 跟踪站所组成的监控系统，作用是计算并修正卫星的星历和卫星钟的改正参数，监测卫星的工作状态，对卫星进 行控制和调度等。GPS的用户部分由信标台、GPS接收机、数据处理软件及硬件组成，作用是接收GPS卫星所发 出的信号进行导航定位等工作。我们通常所说的GPS设备一般是特指用户手中的GPS接收机。 L】和k上又分别调制着C／A(粗码)、P(精码)、Y等多种信号。GPS提供两个等级的服务，即为军事用户提供的 度提高到40纳秒1，PPS精度也更高了。 GPs定位的方法是多种多样的，依据不同的分类标准可划分为单点定位和差分定位、实时定位和后处理定 位、动态定位和静态定位定位，不同类型的GPS设备可以组合这些方法形成实际的定位方法，如实时差分、后处理 差分、实时动态差分、静态后处理差分等等，分别应用于合适的工作场合。 为了得到米级和更高的定位精度，世界各地采用差分技术发展了各种差分系统，主要有单基站差分系统、区 域差分系统、广域增强差分系统2。 差分的一般原理是：设立一台GPS基准站对GPS信号进行观测；根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到 卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去；流动站(即用户接收机)在进行GPS观测的同时，也接 收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。我国于2000年底在沿海地区建成的 围为海上300公里，沿海陆上范围小一些，向公共用户无偿提供服务3。 按照差分利用的波段和调制码，GPS差分种类分为伪距差分和载波相位差分。伪距差分又称码差分，其观测 值为GPS伪距，精度只能达到米级或亚米级。沿海“信标差分”就是一种伪距差分。载波相位差分(RTK)实时处 理两个测站载波相位观测量即Ll、L2或其线性组合，可使定位精度达到厘米级和毫米级。 天津市电力公司从2002年开始应用的Trimble ProXR型号的GPS设备就是利用沿海信标、采用实时差分的 方法进行定位的，既能满足电力部门快速定位、方便易用的作业要求，又能保证亚米级的定位精度。 3常用的坐标系统与坐标转换 3．1 GP8测量和GIS中常用的坐标系统 结合我国的实际情况，在GPS测量和GIS应用中常用的坐标系统有如下几种： (1)WGS一84 WGS一84即1984年世界大地坐标系，由美国国防部制图局建立，坐标原点位于地球的质心，是目前GPS