浅谈GPS技术在工程施工测量中的应用研究

摘要：GPS技术是当今信息社会发展最快的技术之一，GPS定位技术以其速度快,精 度高,全天候,不受通视条件限制、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大 地控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测 距手段建立大地控制网。本文论述了GPS的组成、基本原理、特点分析，同时结合它在测绘工程中作业的例子，通过对其数据进行精度分析，进而说明GPS在测量中得到了广泛的应用。

关键词：GPS技术；工程测量；影响因素；应用分析

中图分类号：[TU198+.2]文献标识码： A 文章编号：

一、GPS测量定位技术的基本原理

GPS 定位系统主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

1.空间卫星星座由24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，GPS卫星用L 波段的两个无线电载波向使用者连续不断地发送导航定位信号，信号中含有卫星的位置坐标信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6 颗卫星，最多可达到9 颗。

2.地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站收集各监测站的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航信息数据注人到相应卫星的存储器中。

3.用户设备由GPS 接收机、数据处理软件及终端设备（如计算机）等组成。GPS 接收机接受待测卫星的信号，对信号进行一系列地处理，再通过相应软件计算待测点的三维坐标。

二、GPS测量系统的主要特点分析

1.定位精度高。实践证明，用载波相位观测量进行静态相对定位在小于50km的基线上可达1ppm；300～1500m工程精密定位中，平面位置误差小于1mm（1h以上观测）；实时动态定位（RTK）可达厘米级的精度。

2.观测时间短。目前，20km以内静态相对定位的时间仅需15～20min，快速静态定位只需2min左右，实时动态定位每站观测1～2s就可完成。

3.测站间无需通视。这是GPS技术区别于常规测量的最大优点，尤其是布设长大隧道施工控制网时，可省去大量的传算点、过渡点的测量，大大减少测量作业时间和费用，同时也使选点布网变得非常灵活。

4.操作简便。GPS接收机自动化程度非常高，外业观测时，测量人员的任务只是安置仪器、连接线缆、量取天线高、开关机及监视仪器工作状态，野外测量工作轻松愉快。

5.全球全天候测量。目前卫星数已达30颗，正常情况下随时都可以进行测量定位。除雷电、台风天气不宜观测外，其它如阴天黑夜、起雾下雨均不影响，这一点也是常规测量所无法比拟的。

三、影响GPS 基线解算结果的几个因素

1.基线解算时所设定的起点坐标不准确起点坐标不准确，会导致基线出 现尺度和方向上的偏差。

2.卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定，当卫星的观测时间太短时，会导致与该卫星有关的整周未知数无法准确确定，而对 与基线解算来讲，对于参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确 定的话，就将受到影响。

3.整个观测时段里，有个别时间段里周跳太多，致使周跳修复不完善。

4.观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大。

5.流层或电离层折射影响过大。

四、GPS技术工程测量中应用的方法

1.准备工作

（1）对待测区进行勘察，并收集相关资料。主要调查当地的控制点分布情况、交通情况、水文分布情况、植被情况、以及当地的风俗民情等。相关资料包括待测区的地形图，各类控制点成果以及与之有关的地质、交通、气象、通信等方面的资料。

（2）拟定观测计划

【1】设计精度。要求平均边长小于1 km，最弱边相对误差小于1/10 000，GPS 接收机标称精度的固定误差a≤15 mm，比例误差系数。

【2】编制GPS 卫星的可见性预报图，选择卫星的几何图形强度。

【3】选择最佳的观测时段。根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段，卫星的几何分布越好，定位精度就越高

（3）选择接收机型号并检验。一般小于20 公里点位情况良好，宜采用单频接收机，反之，选用双频接收机。接收机性能的检验主要有：一般检验，主要检查接收机各部件及其附件是否完好，使用手册等相关资料是否齐全等；通电检验，主要是检验接收机通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作情况；实测检验，主要检验方法为标准基线检验、已知坐标边长检验、零基线检验、相位中心偏移量检验。

2.外业测量工作

（1）合理选点

【1】每点最好能与其中某一点通视。

【2】应选择在上空开阔、视场内周围障碍物的高度角小于15 °，以免信号被遮挡或吸收，影响观测质量。

【3】要远离大功率无线电发射源和高压电线等，其距离应大于200 m，以免电磁场对信号的干扰。

【4】避免大面积水域对电磁波反射和吸收。

【5】选择交通方便的地方，以有利与其它观测手段联测。

（2）埋设标志。GPS 网点应埋设具有标志的标石，以精确标志点位，点的埋设必须坚固以利于长久保存与利用，并做好记录。

（3）外业观测。外业观测工作主要包括：安装天线、观测作业和观测记录等。天线利用三脚架安置，天线底板上的圆水准器气泡必须居中，天线的定向标志应指北，三次测量互差小于3mm 取平均值。观测作业就是获取所需要的定位信息和观测数据。观测记录由GPS 接收机自动进行，观测者应做好记录。在测量的过程中，应严格限制高频及对讲机等无线电波的使用，避免环境对信号的干扰，从而提高GPS 本身的定位精度。

总结：实践表明，GPS技术不论是在控制测量还是施工放样中，都能大大提高测量的可靠性和作业效率，降低作业强度，适应现代“快节奏”的要求，也使技术人员能从繁重的测量放样工作中解放出来。但是，毕竟GPS测量有别于常规测量，有些错误或者说是粗差不容易被发现，还需要广大技术人员在工程实践中认真去摸索和总结。

参考文献

[1]李军.GPS动态技术在公路测设中的应用研究[J].中南公路工程.2002年

[2]康红星.GPS-RTK 技术在城市控制测量中的应用[J].工程设计与建设.2004年

[3]黎晓林、王武刚.全球定位系统(GPS)在市政工程测量中的应用.中国市政工程.2004年