GPS在工程控制网中的应用

摘要：本文简述了GPS的基本原理，并介绍了GPS在工程控制网中的实际应用

关键词：GPS控制；实际应用

中图分类号：TV52 文献标识码：A文章编号：

引言

随着社会的发展，GPS技术在我们日常生产中的应用越来越广泛，为我们的测量工作提供了很大的方便。传统的施工控制网一般采用三角网、导线网等方法来实测，而这些方法受地形条件影响较大,与其相比应用GPS建立控制网就具有很大的优越性，目前在很大程度上取代了常规测量方法，应用GPS建立控制网的主要特点是：（1）控制点见无需通视，（2）定位精度高，（3）观测速度快，（4）自动化程度高，（5）全天候作业，（6）提供三维坐标。结合现场地形与GPS的特点，我们在深圳丹梓西路龙坪立交部分工程测量中采用GPS静态测量作为首级控制网，并取得了很好的效果。

1GPS控制测量简介

1.1 GPS系统组成

GPS的整个系统有空间部分、地面控制部分和用户部分组成。

（1）空间部分。GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。

（2）地面控制部分。地面控制系统由监测站(Monitor Station）、主控制站（Master Monitor Station）、地面天线（Ground Antenna）所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市（Colorado. Springfield）。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。

（3）用户部分。GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户辅助设备等所组成。起作用是接受GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航和定位等工作。

1.2 GPS控制测量原理。

已知三颗以上卫星的空间位置，用空间距离交会法，求得地面待定点（接收机）的位置，这就是GPS卫星定位的基本原理。但为了达到定位精度要求，至少需要同步观测四颗以上的卫星。

卫星是高速运行的动态已知点，卫星的实时位置是由导航电文解算的，只要实时测量出测站（接受机天线中心）至卫星间的距离，就可以进行测站点的定位。公式如下：

式中（，，）为三个卫星某时刻的位置（j=1,2,3）；(，，) 为测站点P点坐标；(，，) 为卫星到接收机天线的距离。

依据测距原理，其定位方法可分为：伪距法定位、载波相位定位等。

1.2.1 伪距测量

伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出的四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。所谓伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星钟，接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值，因此一般称量出的距离为伪距。

1.2.2 载波相位测量

由于美国政府的GPS政策，一般外国不能使用P码得到的较高的测距观测量。事实上，GPS发出的信号，除了测距信号之外还有载波，利用载波进行测量，载波相位观测通过测定GPS接收机本振参考信号与卫星载波信号的相位差，间接测定卫星到接收机天线间几何距离。由于载波波长比C/A码的码长短,=19cm，=24cm，可以取得毫米级的测量精度，可以满足大地测量对高精度观测量的要求，。

2 GPS在工程中的实际应用

2.1工程概况

本次涉及的工程为深圳市丹梓西路龙坪立交部分工程。整个工程范围内树木密集，多为山地，通视条件差，应用传统的测量方法比较困难，因此采用GPS控制测量作为首级控制测量。

2.2 GPS控制网的建立

2.2.1控制网的布设方案

按照工程要求，本次观测采用GPS E级网进行布设，依照《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314-2009）进行实际操作。采用仪器为华测双频接收机X90（5mm+1ppm）4套。本次GPS E级网由17个点组成（其中起算点2个，检查点1个，待测点14个），起始点为深圳市I级导线点。其中检查点用来检验GPS控制网的质量。E级网各技术规范要求：

2.2.2选点与埋石

由于测区环境复杂，为保证今后地形测量和施工时控制点的使用，在后续施工时不易破坏，GPS E级点所选取的点位按照《全球定位系统（GPS）测量规范》要求在测区及周边布设，所选GPS点位都能保证卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，测站上空开阔，高度角15 º以上的范围内无障碍物，无大功率无线电发射设施、高压输电线等强电磁波的干扰，点位土质坚实，稳固可靠，点位保证至少与相邻一个方向通视，并方便下一级控制点及施工测量的观测。

2.2.3外业观测

根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，在4个点上同时安置4台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，观测者填写外业观测手簿。

2.2.4内业处理

观测完成后，需要进行GPS控制网的数据处理。通过华测GPS静态数据处理软件Compass进行数据的处理。经过基线解算、无约束平差、约束平差后得到了GPS控制点的三维坐标及其精度指标，其中用做检查点的精度指标如下表所示，满足规范的要求。

从表中我们可以看出这些控制点的精度情况良好，横轴误差与纵轴误差均在误差允许范围内，测量过程较好，没有出现在某一个方向有过大的位差情况。

3结语

随着GPS技术的快速发展，它的优越性被逐渐体现了出来，并在许多领域产生了巨大的作用，而且 GPS技术在工程控制网的布设当中也发挥了巨大的作用。本文对GPS的原理进行了简单的阐述，并且通过实际的操作体现出了其优越性。

使用GPS技术布设控制网不仅减轻了劳动强度，改变了测量作业方式，提高了测量精度，也直接方便了后期的施工测量，在控制网测量中具有重要意义；而对于地形变化较大，通视条件差的环境，GPS布设控制网又为我们提供了极大的方便。随着技术的发展，GPS精度的提高，其在控制网中的应用将会越来越广泛。

参考文献：

[1]《全球定位系统（GPS）测量规范》 （GB/T 18314-2009）；

[2] 吕志平，张建军，乔书波《大地测量学基础》北京：出版社

[3]《卫星定位城市测量技术规范》 （CJJ/T 73 - 2010）；

[4] 孔祥元，梅是义《控制测量学》武汉：武汉大学出版社,2009.2