GPS在测量工程中的应用

【摘要】gps是当前测量工程中应用较为普遍的一种测量技术，对于测量工作的顺利开展有着重要意义。本文就在介绍GPS的系统构成、技术原理和优点的基础上，分析了其在测量工程中应用的流程和方法，以提高测量工程中GPS应用的水平。

【关键词】GPS；测量工程；应用

GPS即全球定位系统，是一种自动化程度、测量精度相对较高的一种定位技术，能够在各种气候条件下，完成对全球任意地点的持续性、实时性的定位，给用户提供准确的三维坐标、时间和速度，且有着较强的抗干扰能力，在信息保密性上也有着足够保证，在近些年来，GPS在测量工程领域应用的越来越加广泛。

一、GPS的系统构成、技术原理和优点概述

（一）GPS的系统构成

GPS系统主要包括三部分，即空间卫星、地面控制系统和用户的接受设备，如图1所示，其具体内容为：

1.空间卫星部分

空间卫星是GPS测量和信息传递的重要承载体，为保证GPS 图1：GPS的系统构成

信号能够在任意时间和地点都能够被传递，就需要有24颗空间卫星在高空中组成卫星群，分别在6个不同轨道平面上完成GPS信号的接受和转发[1]。

2.地面控制系统

地面控制系统是GPS测量实现的重要设备，整个系统是有主控站、监控站和注入站组成的。其中，主控站为1个，功能是统计检测站的GPS数据，来判断并修正卫星的相关参数，并将数据通过注入站注入进卫星当中，完成对卫星的控制；监控站有5个，功能是接受卫星的信号，并对卫星状态进行监测；注入站有2个，主要功能是将主控站的数据注入到卫星当中。

3.用户部分

用户是GPS信息的使用者，其需要有GPS接收机来获得相应的GPS数据信息，然后利用专门的数据处理软件来将数据信息转换为用户能够直接看懂的表达形式，并通过计算机等用户设备显示出来，完成用户所需的导航、定位等需求。

（二）GPS的技术原理

GPS系统的定位是通过距离交会法来实现的，在测量当中使用的坐标体系包括地固坐标系统和空间固定坐标系统。在GPS使用过程中，用户在接受卫星持续发出的时间、星历参数等信息后，计算得到接收机所处的三维坐标、时间和速度等信息，主要包括相对定位和相对定位两种。

首先，相对定位是借助两台GPS接受机，将其分别置于同一基线的两端，并根据对同一GPS卫星观测的结果，来确定基线端点的具体坐标，也被称为差分GPS定位方法。

其次，绝对定位是采取协议地球坐标体系，在确定观测站后，得到相对于坐标原点绝对坐标的观测点三维坐标，是一种单点定位的方法。

（三）GPS测量的优点

1.有较高的定位精度

通过许多GPS测量实践可知，当基线长度小于50km时，GPS测量的相对精度可以控制在（1-2）*10-6内，当基线长度介于100-200km之间时，GPS测量的相对精度可以控制在10-6-10-7以内，与其他常规测量方法相比，GPS的定位精度有着显著提高。

2.解决了通视的弊端

在一般常规测量方法中，需要保持监测站之间的互相通视才能保证测量过程的开展，在一定程度上降低了测量的效率和效果。而GPS测量就有效解决了这种避免，可以在不通视的条件下，完成监测站数据的测量，提高了点位选择工作的灵活性，但是，在选点时，要注意点位上部空间的开阔，保证GPS卫星信号传递的畅通[2]。

3.缩短了观测的时间

在GPS经典静态定位中，根据不同测量精度要求，一条基线相对定位观测时间通常为1～3h左右；而随着近些年来GPS的不断进步，发展出了20km以内短基线快速相对定位方法，其观测时间缩短到数分钟，进一步提高了作业效率。

4.仪器操作较为简单

随着GPS接收机自动化程度的不断提高，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机就能够自动观测和记录，整个操作过程十分简单。

5.实现了全天候作业

GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响，实现了全天候作业。

二、GPS在测量工程中应用的流程

GPS被广泛运用于公路工程、水利工程等各种测量工程中，其应用的流程主要包括选点、观测、数据处理三个环节，其具体内容为：

（一）选点环节

在选择观测点时，由于GPS无须考虑通视的因素，保证了点位选择的自由性，可以结合测量的实际需求来选择合适的点位，但同时，为保证GPS测量的连续性，还需要考虑以下几点：

首先，最大程度的保持点位之间的通视性，以使其能够在后续测量中被继续使用；其次，在点位周边高度15°内，禁止有障碍物存在，避免干扰信号传递，影响GPS测量的准确性；第三，要避免选择高压电或大功率无线电发射源的点位，防止电磁场干扰；第四，在点位选择完成后，按照相关要求埋设标石进行标记。

（二）观测环节

按照观测需求选择定位方式，合理调整卫星高度角、采样间隔时间，并在5个点上分别放置接收机天线，经对中、整平和定向调整后，量取天线高，待接收机相关指标符合要求后，输入相关参数进行记录和观测。

（三）数据处理环节

数据处理是由计算软件自动完成的，主要包括极限分解和网平差两个阶段。

三、GPS在测量工程中的应用方法

（一）静态定位方法

静态定位是将接收机放在固定的流动站上，在静止状态下进行观测的方法。在这个观测过程中，接收机会得到基准站和卫星同步观测的数据，并通过解算确定用户站三维坐标，当解算结果的变化逐渐稳定后，其测量精度就能够达到相应要求，此时可以结束测量，在工程的控制测量中应用较为广泛[3]。

（二）动态定位方法

动态定位是将接收机安置在流动站上，通过设定采样间隔获得观测数据的定位方法。在动态定位前，需要先选择一控制点，在静止状态下使接收机开始初始化工作，并持续数分钟，以提高后期接收机工作的可靠性；在动态定位过程中，接收会根据基准站的同步观测数据，来对采样点三维坐标进行确定，其定位的精度能够达到厘米级，在横断面、纵断面和中桩测量等方面应用较为广泛。

结语：

综上所述，GPS在测量工程应用当中有着众多的优势，对于测量工作效果和效率的提高起着重要作用。在测量工程中应用GPS时，要严格按照GPS测量流程进行，加强对各个环节当中的注意事项的重视，给GPS定位创造良好的工作环境，以有效保证GPS定位的精准度，提高测量工程测量结果的可靠性。

参考文献：

[1]颜超.GPS在测量工程中的应用[J].沿海企业与科技，2010，02：57-58+56.

[2]赵永康.GPS在测量中的应用及误差分析[J].吉林地质，2009，03：112-116.

[3]陈磊，施许君.在水利测量工程中GPS的应用[J].科技信息，2012，23：79-80.