GPS+定位技术在建筑工程测量中的应用

摘要：GPS定位技术作为新兴测量方式，已广泛用于工程测量、航空摄影测量、大地测量和地形测量等各个方面。它能向全球任何用户实时连续提供高精度的三维坐标等信息，这些特点使其在近两年得到了迅速地推广。

关键词：GPS定位技术 工程测量 应用

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

近年来，GPS测量技术得到了快速发展，工程测量的作业方法发生了巨大的变化。现在成功应用到了工程变形测量、资源调查、工程测量、航空摄影测量等领域。

一、GPS定位技术的概念及构成

在工程测量领域内，随着现代科技的发展，体积小、重量轻的便于携带的GPS定位装置和高精度的的技术指标大大提高了工程测量的质量。GPS测量主要是通过接收卫星发射出的信号后进行数据处理，并求出测量点的空间位置，具有实时性、连续性、全天候、全球性、全能性、抗干扰性、保密性等特点，并具有精密的三维导航和定位功能。

GPS定位技术主要由空间卫星星座、用户设备和地面监控站三个部分构成。

首先，GPS空间卫星星座是由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成的。6个轨道平面内均匀分布着24颗卫星，每个轨道平面的倾角为55度，且卫星的平均高度为20200千米[1]。用户接收到的导航定位信号是由卫星通过L波段的两个无线电载波连续发送的，这些信号中包含了卫星的位置信息，使卫星成为动态的已知点。在地球上任意的时间、地点，在高度角15度以上时，可同时观测到6颗左右的卫星，最多的时候能达到9颗。

其次，GPS用户设备是由数据处理软件、GPS接收机和终端设备等组成的。GPS接收机能够按一定卫星高度截止角捕捉到需要的待测卫星的信号，进而跟踪卫星运行情况，再对卫星信号进行交换、放大、处理，最后通过计算机和相关软件，进行求解，确定GPS接收机中心的三维坐标，也是测站点的三维坐标。

最后，GPS地面监控站主要是由分布在全球范围内的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成的。主控站能够根据各监测站中的观测数据，计算出各个卫星的轨道参数等其它参数值，并将其编制成导航电文，发送给注入站，再经过注入站将主控站的导航电文保存到对应卫星的存储器中。

二、GPS定位技术原理

GPS定位技术主要采用了距离交会法，属于卫星导航定位技术。可以简单的将GPS定位技术的工作原理概括为：利用我们熟知的几何和物理知识来确定具体地理位置[2]。例如，当假定已知卫星的位置，并且还能准确测出我们所在点A到卫星的距离，那么，我们可以确定A点位于卫星的中心，且测得的距离是圆球的半径。下一步，可以测得A点和另一个卫星的距离，那么A点就应该位于前后两个圆球相交的圆环上。当测得A点和第三个卫星的距离时，就能更准确地确定A点只能在三个圆球相交的两点上面。最后，根据地理知识，逐一排除不合理的位置。总结上述步骤，GPS定位技术主要是确定了已知卫星的准确位置和准确测定了卫星到我们所在点的距离。

三、GPS定位技术的优缺点

1. GPS定位技术的优点

目前在建筑工程测量的实际应用中，GPS定位技术测量的优势逐渐的体现出来，利用GPS定位技术使得建筑工程测量的准确度和可靠性越来越高[3]。GPS定位技术的优势主要体现在下面几个方面：首先GPS定位技术中的测设方格网比传统的方法具有更强的适应性。网格的构造非常简单，网格边长和点的密集程度可以根据实际情况灵活的变化，即使控制点在比较远的距离也可以进行连接，并进行定向和定位。此外，网格点的选择比较灵活这个特点为点位之间无法通视提供了解决途径，在测量时它还不需要高标，还可以保证测量不受外界的影响。测量条件为长边方格网和通视条件特别困难时更能体现出GPS定位技术的优势。但是工程测量一般受到工程成本的限制而且测量的范围比较小，因此工程测量在实际的应用中应该考虑到全站仪、经纬仪、水准仪等仪器；其次，利用GPS定位技术的方格网点位准确，能够在满足规范的同时，提供较大的精度储备；再次，利用GPS定位技术可以布置大地控制网，大地控制网能够提高点位趋近速度，使网形优化更加简便。最后，采用GPS定位技术与传统的测量技术相比效率得到大大的提高，一般来说能够提高一倍以上。

2. GPS定位技术的缺点

虽然GPS定位技术本身存在很强大的功能和很多的优点以及广阔的发展空间但是在实际的工程测量中GPS定位技术也存在一些不足之处。首先，GPS定位核心在于对卫星和接收机之间距离的准确计算，对这个距离的计算有一个固定的公式，但是由于大气层的缘故电磁波在传播过程中会受到干扰，因此对于这个距离的计算只能是平均数值，与真实数值存在着一定的误差；其次，虽然GPS定位技术的精度很高，但用GPS施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测；再次，GPS定位技术测量成果与传统测量成果以及各种不同型号GPS定位技术测量成果之间存在一定的误差，有时候这个误差会比较大。

四、GPS定位技术在建筑工程测量中的应用

GPS定位技术在建筑工程测量中的应用主要体现在以下几个方面：

1、合理的GPS测量技术设计

首先，GPS测量技术的设计依据是由建设部在1997年的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》和工程测量合同相关的要求确定的[4]。其次，GPS定位技术的设计精度是根据工程需要和测量地区的情况，采用城市或者是工程二级GPS网为首级控制网。再次，是GPS定位技术的设计基准和网形，它共包含12个控制网点，其中2个平面控制点，5个高程控制点。选用3台接收机进行观测，将网形布设置成边连式。最后，要制定GPS定位技术的观测计划，要选择最佳观测时段，也就是当卫星分布均匀且数量多于4颗，空间位置因子值小于6，还要依据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度，最后还应编制作业计划。

2、GPS定位技术应用于工程测量的外业实施

首先，在进行GPS测量时，选择测站点之间时不要通视，没有固定的图形结构，因此，在点位选择上比较灵活。结合GPS定位技术应用于测量的特殊性，并考虑到要方便后续测量工作，选点时需要考虑的方面有：每一点最好和某一点能够通视，方便后续测量；为了保持信号的顺畅，在点位周围高度角15度以上的地方不能有障碍物；为了防止电磁场对信号的干扰，点位要远离大功率无线电发射源和高压电线；点位最好选择在交通方便、视野开阔和易于保存的位置；在点位确定后，要按照要求设置标石，并记录相关点位信息。

其次，外业实施时，要采取静态相对定位，确定卫星高度角为15度，时间间隔为45分钟，采样的间隔为10秒。最后，在3个点上同时安装3台接收机天线，分别用于对中、整平和定向，在测量出天线高度值后，要测量气象数据，开机开始观察，在各项指标合格后，根据提示输入数据。

3、GPS定位技术在建筑工程测量中的应用特点

在地形复杂和通视困难的测量位置，应用GPS定位技术测量有控制网选点灵活、不受通视、网形的限制和布网方便的优势。在测量过程中，当要求的精度较高时，要避开短边，并要求谨慎观测。应用GPS定位技术进行测量，能够实现自动化、智能化，大大缩短了观测时间，并降低了作业强度。在测量时，会因为个别位点的选择受到了地形条件的限制，影响接收的信号和观测结果的质量。GPS定位技术应用于工程测量时，其中的数据传输和处理都采用的是随机软件完成，保证接收到的卫星信号的质量和测得的数据的精度。在实际测量时，联测已知的高程点较少，导致控制点高程精度较低，为了提高精度，就需要联测足够的已知高程点。

结语：GPS定位技术提高了工程测量的质量，为工程施工质量提供了有利的保障，因此，GPS定位技术在建筑工程测量中的应用将有很大的发展空间。

参考文献:

[1]尚福强.GPS 定位技术在建筑工程测量中的应用[J].中国科技纵横,2010,1.

[2]成桂静.GPS在工程测量中的应用[J].山西建筑,2009,1期.

[3]张春雨.GPS 定位原理及其在工程测量中的应用[J].中小企业管理与科技,2007,10.