浅谈全球定位系统在工程测绘中的应用

摘要：本文介绍了GPS的概念，分析了GPS的特点，讲解了GPS在工程测绘中的使用过程，最后分析了GPS未来的发展趋势。

关键词：全球定位系统；工程测绘；应用

Abstract: This paper introduces the concept of GPS, analyzes its characteristics, explains its use process in engineering surveying and mapping, and finally analyzes the future development trend of GPS.

Key words: the global positioning system; engineering surveying and mapping; application

中图分类号：TU2 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

与以往传统的工程测绘方法对比，GPS测绘更具时代性意义，同时其定位精准、成本较低、点间无需通视，更重要的是不受自然天气因素影响，另外设备本身轻巧方便，操作科学简单，经过二十多年的努力实践证明，GPS定位系统是一个准确精度高、全球全天候的智能无线电导航，在工程测量中得到了广泛的应用。

1 全球定位系统 GPS 的介绍

1.1 GPS中文译为“全球定位系统”或者“星实时测距导航”。该系统于20世纪70年代由美国陆海空三军联合组织研制。GPS通过卫星发射在全球范围内无线电信号进行定位导航，全球覆盖率高达98%，它的建成对美国重大航天技术的建成具有重要意义，标志着美国导航技术的时代性进步。GPS不但可以运用到国家军事国防建设服务领域中，同时在民用上也被广泛应用，而GPS定位技术的逐步成熟，也促使测绘技术掀起新的科学技术革命，推动了测绘领域的应用发展。

2 GPS 定位系统的特点

2.1 观测时间短

随着 GPS系统的不断完善，软件水平的不断提高，观测时间已由以前的几小时缩短至现在的几十分钟，甚至几分钟，目前采用静态相对定位模式，观测 20km 以内的基线所需观测时间，对于双频接收机仅需 15～20min; 采用快速静态相对定位模式，当每个流动站与基准站相距在 15km 以内时，流动站观测时间只需1―2min; 采取实时动态定位模式，流动站出发时观测1～2min 进行动态初始化，然后可随时定位，每站观测仅需几秒钟。因而用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。

2.2 定位精度高

目前，GPS测量基线的精度已经由过去的10－7提高到1O－6，而GPS静态相对定位的精度也提高到了毫米级甚至亚毫米级，尤其是高程精度也达到了毫米级。GPS实时动态定位精度也有显著性的突破，可以达到厘米级的定位精度，可以满足各种工程测量的要求。大型建筑物、构筑物变形监测，在采用特殊的观测措施、精密星历和适当的数据处理模型和软件后，平面精度可达亚毫米级，高程精度可稳定在 lmm左右。

2.3测站间无需通视

经典测量技术均有严格的通视要求，必须建造大量的规标，这给经典测量的实施带来了相当的困难。GPS测量只要求测站上空开阔，与卫星间保持通视即可，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造规标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标费用约占总经费的 30～50%)，同时也使选点工作变得非常灵活，完全可以根据工作的需要来确定点位位置，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。

2.4 可提供全球统一的三维地心坐标

工程使用中需要将三维的GPS基线向量观测值及其方差阵投影转换到工程坐标系的二维平面上，即将GPS基线网投影变换成工程使用测量控制网。其转换的核心是使GPS基线向量网与常规地面网测量控制点原点重合，起始方向一致。为便于工程使用，要求由转换的控制点坐标直接反算的边长与实地量得的边长，在长度GPS在工程测绘上的应用与发展上应该相等，即由归算投影改正而带来的变形或改正数，不得大于工程各阶段的精度要求。

3 GPS 测量过程实施

3.1 选点以及建立标志

基于GPS测量站内部之间不要求通视，并且网行结构体系较为灵活，因此选点工作的顺利进行就得以保证，实现了简便的测量，要比常规测量方式更加省时高效; 也省去了建立视标的费用，降低经济成本。但作为GPS技术在工程测绘测量过程实施环节中有它的自身特性要求，要求满足:选点位置要选择交通方便、接收设备容易安装、视野开阔的点位，以保证地面控制网能够进行常规联测;同时选点位置要尽量避免电磁波反射、吸收、干扰的金属以及障碍物。诸如，高压线、有线电台、高层建筑施工现场、水区等; 选点位置确立后，应做标志，埋放标石，用来方便保存。最后，应绘制点之记、GPS网选点图，作为提交的选点技术资料。

3.2 外业观测

外业观测是指GPS通过卫星导航系统，将接收采集而来的信号对测量工作进行接收操作和观测记录，以及准确定位安装天线的作业流程。外业观测应予严格执行技术设计操作规范进行科学操作、实施，以求协调好外业观测的具体进程安排，高效科学合理地提高进程质量。在完成外业观测的作业流程进度之前，要对选定的接收设施实行严格的检验。目前GPS接收机的自动化程度相当高，一般仅需按动若干功能键，就能顺利地自动完成测量工作；并且每做一步工作，显示屏上均有提示，做到实时记录，减少外作用操作量。观测记录的形式一般有两种: 一种由接收机自动形成，并保存在机载存储器中，供随时调用和处理。另一种是测量手薄，工作量大，需要有人随时记录。观测记录是GPS定位的原始数据，也是进行后续数据处理的唯一依据，必须妥善保管。

3.3 成果检测和数据有效处理

外业检测是检测观测成果的必要作业工序，它是实现观测质量以及预期定位精准度的重要程序，因此，当观测工作任务完成时，务必在测区要尽快对外业技术数据进行细致检验；同时根据实际的过程可以做出必要的重测或者施行补测举措；对照相关的技术规范，对各项检核任务加以谨慎检查，以保证测量过程准确无误，之后才能运用平差计算方式对其数据进行有效处理。GPS测量技术的运用，是采用连续同步的观测方法，其观测时间大概15s就自动实时做出数据记录，实时测量的数据与信息量可谓庞大，只是一般常规通用的测量方法无可比拟的；另外，以数学模型、常规算法等方式测量处理过程相当复杂。实际工作中，借助电子网络计算机，对数据进行加工分析，自动化处理，这也是GPS被广泛使用到工程测绘的具体原因之一。

4 GPS 技术在工程测绘方面上的应用与发展

GPS 对于经典的测绘领域是一次重大的技术突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革，另一方面，也进一步加强了测量学科与其它学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。因此它的出现吸引了世界各国众多科学家的广泛兴趣和普遍关注，也导致了测绘行业发生了根本性的变革。

在工程测量方面，建立区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，各种GPS工程网以及GPS综合服务网等，这类网是指国家C、D、E级 GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网，即应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。这类网的特点是控制区域有限(或一个市或一个地区)，边长短(一般从几百米到20km) ，观测时间短(从快速静态定位的几分钟至一两个小时)，精度要求高，使用频繁，其主要任务是直接为国民经济建设服务。GPS 用于工程测量的主要目的是测取观测点的坐标，根据精度要求不同、作业模式不同和仪器不同，有静态作业模式和动态作业模式。但是，不同工程项目起算点的基本情况不同，计算过程中应剔去粗差部分并力求灵活应用。另外，我们可以看出通过这种方法求得的坐标可能与当地坐标存在一定的间隙，工程项目的辅助设施与外部衔接时应引起注意。

5 结束语

作者对全球定位系统GPS作了简单介绍，概括了与以往测绘技术相比GPS具有的技术优势，重点对GPS测量实施过程的选点、建立标志、成果检测与数据处理等以及GPS在测绘中的应用进行了简单分析，以推动测绘领域的发展。

参考文献：

［1］李建松． 地理信息系统原理［M］． 武汉: 武汉大学出版社，2006．

［2］李青岳． 工程测量学［M］． 北京: 测绘出版社，2007．

［3］张自有． GPS 在工程测量中应用的研究［J］． 民营科技．2010( 09) ．