GPS工程测量中应用探讨

摘要：本文作者介绍了gps测量技术原理及特点，阐述了工程测量GPS技术应用的方法。

关键词：工程测量；GPS测量技术；应用；探讨

中图分类号：P228.4 文献标识码：A文章编号：

一、GPS测量技术原理及特点

1、原理

GPS是Global Poaitioning System的简称――即全球定位系统，20世纪70年代，由美国开始研究开发，历时20年，耗资200亿美元，终于在1994年全面建成，该系统可以对海陆空进行全方位的实时三维导航与定位，是新型卫星导航与定位系统。全球定位系统拥有的优势特点是：全天候、精度高、操作简便、高效益，因此受到了众多测绘工作者的信赖。GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置点架设GPS接收机，在某一时刻同时接收了三颗以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。

2、 特点

2.1、 测站之间无需通视。GPS工程测量对各个测站间的要求很简单，相互之间不需要通视，仅要注意测站的上部空间需开阔，以保障GPS系统在接收卫星的信号时不扰。也正是由于这个特点为测量工程节省了大量的造标费用。因为各个测站无需通视，点位的选择就很灵活、方便，可以根据具体工程的需要来选择位置，省去了大地网测量中的过渡点、传算点的测量工作；

2.2 、定位精度高。一般的双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，红外仪的精度则为5mm+5ppm，GPS测量出的精度相当于红外仪的精度，但距离越长，GPS测量的精度优势就越明显。在各种应用实践中证明，GPS相对定位精度在50km以内时，可以达到10-6，GPS相对定位精度在100km~500km时，可以达到10-7，GPS相对定位精度在1 000km时，可以达到10-9。而在300 m~1 500m的工程精密定位测量过程中，1小时以上观测的解，其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm；

2.3、 观测时间短。在布设GPS控制网时，各个测站的观测时间大概是30min~40min，如果应用快速静态定位方法，其观测的时间会更短。若是应用实时动态差分法（RTK-Real-time kinematic）能在5s内求得测点坐标；

2.4 、提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程；

2.5、 操作简便。GPS测量系统接收机也在不断的改进、完善，其自动化的程度也在逐步提高：接收机的体积越来越小，重量越来越轻，这在很大程度上减轻了外业测量人员的工作紧张程度和劳动强度。而今GPS接收机已趋向于小型化和操作简便化，测量工作人员只需将天线对中、整平，量取天线高、打开电源即可进行自动观测，对获取的数据，利用各种数据处理软件进行处理即求得测点三维坐标。另外，GPS观测工作在一天之中的任一时间都可以进行，各种恶劣天气、气候情况对它的影响不是很大。

二、GPS 在工程测量中的应用

1、 常规静态测量

这种模式采用两台(或两台以上)GPS 接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4 颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45 分钟以上的时间。这种模式一般可以达到5mm+1ppm的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。

2 、快速静态测量

这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS 接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5 颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。

3、 准动态测量

这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS 接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化。这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5 颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式。这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星。流动接收机在初始化后开始连续运动，并按指定的时间间隔自动记录数据。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。

4、 实时动态测量

实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。这种模式具体方法是：在一个已知测站上架设GPS 基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。DGPS 通常叫做实时差分测量，精度为亚米级到米级，这种方式是基准站将基准站上测量得到的RTCM 数据通过数据链传输到移动站，移动站接收到RTCM 数据后，自动进行解算，得到经差分改正以后的坐标。RTK 则是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 测量，它是GPS 测量技术发展中的一个新突破。它的工作思路与DGPS 相似，只不过是基准站将观测数据发送到移动站（而不是发射RTCM 数据）， 移动站接收机再采用更先进的在机处理方法进行处理，从而得到精度比DGPS 高得多的实时测量结果。这种方法的精度一般为2 厘米左右。

三、GPS测量的实施

1、 静态控制测量

1.1、点位选择

Ⅰ、要考虑控制点永久保存；

Ⅱ、对于用于RTK基站建设的控制点，要考虑基站建设的安全和职守的方便；

Ⅲ、控制点要方便对各个工区的服务，每个工区应至少有两个控制点通视，以便检查控制点的稳定性；

Ⅳ、控制点的选择要考虑整网的几何图形结构，以便于精度的控制；

Ⅴ、控制点应该选择在空旷地区、远离发射台和高压电缆等干扰源。

2.2静态控制测量野外作业

静态控制测量外业采用至少3台双频GPS接收机进行同步观测,网的连接采用边连接,网中必须同国家三等控制点进行联测。为了保证测量的质量，每个时段最好观测45分钟。观测结束后，保存GPS观测的原始数据，同时将原始数据转换成通用的RINEX格式，便于用不同后处理软件处理数据，比较测量结果。

静态内业处理流程

基线处理2)闭合差处理 3)GPS网平差

在这个过程中，建议用两种后处理软件来处理数据，认真比较，确保测量结果的精度。数据处理过后，要保留WGS84和空间直角坐标两套测量成果，便于RTK测量。

2、GPS RTK实时差分测量

GPS RTK测量，在现代的建设中，目前基本取代了常规测量方法，广泛的应用在许多工程的定位。由于工程建设的特殊性，建议RTK基准站建设在办公楼顶或塔顶，以便于基准站的管理。GPS RTK的具体流程可以参考下面的流程图：

RTK测量的注意事项:

1）基准站应该远离强磁场，避免卫星信号扰。

2）基准站电台供电是，要注意电源的正负极。

3）RTK测量前要先核对测量精度。

4）RTK测量卫星颗数太少时，要增加观测时间。

5）RTK测量定位时，必须是固定解。

6）不定期用全站仪对RTK所测点间的距离进行检测，检查距离精度是否满足精度要求或存在粗差

7）RTK测量，随着流动站的移动，要利用流动站附近的控制点来检查RTK精度

8）不要在电池耗空的情况下作业，这样对电池的寿命有影响

四、结语

GPS RTK测量需要的测量人员少，测量的效率高，不产生误差累积，精度高，给工程测量带来了极大的方便。尤其解决了工程测量中常规测量无法解决的远距离测量，大雾天气下无法测量和已知点间不通视的问题，大气折光和温度对RTK测量也不存在误差影响，实践表明，GPS RTK测量在现代工程测量中是十分有效的、可靠的测量手段。现在GPS在测量中已经广泛应用，它的诸多优点使测量工作变的比以前轻松许多，使测量的工作效率得到极大的提高。随着GPS技术的发展，GPS将发挥出越来越大的价值，在今后的测量工作中将占有更重要的位置。

参考文献：

[1] 全球定位系统城市测量技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 徐绍铨，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，2007.

[3] 陈斌.浅谈新技术在工程测量中的应用[J].科学之友，2011，(12).