试述GPS技术在现代测量中的应用

摘 要：GPS性能好，精度高，是迄今最好的导航定位系统。GPS技术应用于测量有测点间无通视要求、选点方便、可大量减少建造高标节省造标费用、可全天观测、观测时间短、数据处理速度快、成果精度高等优点，其全面建成和发展，将导致测绘行业一场深刻的技术革命。

关键词：GPS；特点；应用

Abstract: GPS good performance, high precision, is by far the best navigation and positioning system. The application of GPS technology in the measurement with no visibility requirements, selection of convenient, can greatly reduce the construction of a high standard to save the cost of building standard, all-day observation, observation time is short, fast data processing speed, precision results of measuring points, the comprehensive construction and development, surveying and mapping industry will lead to a profound technological revolution.

Key words: GPS; characteristics; application

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、GPS定位技术概述

GPS定位技术以其精度高、速度快、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，GPS定位技术已完全取代了用常规测角.测距的手段建立大地控制网。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来大致可以将GPS网分为两大类，一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架;另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网、GPS工程网等，这类GPS网中相邻点的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。

二、GPS技术的特点

GPS技术以其测量手段先进.速度快.精度高等特点应用于各项测量工作中，RTK技术与其他测量仪器和测量方法相比具有不能比拟的优势。

1.利用RTK进行地籍测量及房地产测量等不受天气、地形、通讯等条件的限制， 工作效率比传统测量方法提高3～4 倍，在土地利用动态检测中，应用RTK新技术进行动态监测则可提高检测的速度和精度，省时省工，真正地实现实时动态监测。

2.GPS技术可以不考虑已知点.发展次数.地形条件等因素的限制，使得布点方式更灵活.布点范围更大。

3.GPS技术施测则不需进行等设控制点的加密，只需布设部分过渡点，从而减少了很多的外业工作量，减轻了测量人员的劳动强度。

4.GPS-RTK的局限性。GPS-RTK对于隐蔽茂林中不易作业，城市居民地中不易作业。在高程精度方面也不能满足等级精度的测量。

三、GPS的具体应用

1.城市测量

随城市化进程的加快，城市测量有了很大发展，城市测量成果、成图是城市规划、建设管理必需的重要基础资料，而大地测量是其他测绘工作的基础，大地测量为测制各种地形图和为工程建设提供高等级控制点，同时还为地球物理学等提供精确的基础资料。结合各城市控制测量（或大地测量）的实际，采用GPS技术进行城市控制网的建立、扩建有着重要意义。目前已有不少城市如广州、深圳、北京、上海等地进行了这方面的探索，均取得较好成果。

2.地形测量

地形测图是为城市.矿区以及各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和各种经济建设的需要。地形测图以往常规的方法是首先根据控制点加密图根控制点，然后在图根控制点上用经纬仪测图法或平板仪测图法测绘地形图。后来发展到用全站仪和电子手簿采用地物编码的方法，利用测图软件测绘地形图。但都要求测站点与被测的周围地物地貌等碎部点之间通视，而且至少要求2-3人操作。

采用RTK技术进行测图时，仅需一人背着仪器在要测的碎部点上呆上一、二秒钟并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件可以输出所要求的地形图。用RTK技术测定点位不要求点间通视，仅需一人操作，便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。

3.地籍和房地产测量

地籍和房地产测量是精确测定土地权属界址点的位置，同时测绘土地和房产管理部门使用的大比例尺的地籍平面图和房产图，并量算土地和房屋面积。地籍和房地产测量中应用RTK技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍与房地产图，同上述测绘地形图一样，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。

将GPS获得的数据处理后直接录入电子地图（GIS）系统，可及时精确地获得地籍与房地产图。但在影响GPS卫星信号的遮蔽地带，应使用全站仪.测距仪.经纬仪等测量工具，采用解析法或图解法进行细部测量。在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围，计算用地面积。利用RTK技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上是由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。

在土地利用动态检测中，传统的动态野外检测采用简易补测或平板仪补测法。如采用钢尺用距离交会、直角坐标法等进行实测丈量，对于变通范围较大的地区采用平板仪补测。这种方法速度慢、效率低。而应用RTK新技术进行动态检测则可提高检测的速度和精度，省时省工，真正实现实时动态监测，保证了土地利用状况调查的现实性。

4.工程变形监测

（1）基准设计

在工程变形监测中，基准设计（包括位置基准和内外部尺度基准设计）是一项关系到监测成果是否可靠、准确地反映变形体的变形情况的工作，以常规的手段，对某一建（构）筑物进行变形监测，由于仪器和其他诸多因素的制约，使得监测网的基准点不能离开变形监测区域太远，而太近将又要受自身变形的影响，不能准确地反映变形数值，所以较困难。由于GPS技术的不断完善，高精度的仪器的面世（1 +0.5×10.6 mm），解决这一问题就较容易了，完全可以将基准点选在变形区外，从而保证了数据的可信度。

（2）图形结构强度设计

图形强度设计指变形点之间，变形点与基准点之间的几何图形配置，网中独立基线数目和相互连接方式设计。首先，在图形选择过程中，必须顾及基准点对变形点的有效控制，同时基准点之间又要能相互检校。其次，在模型识别和参数识别方面的设计将可保证真正的变形模型，和引起变形的真正因素，以便分析引起变形的真正因素和采取相应的对策。

①模型识别的设计模型。在设计参考网时，它应能有效地检测出网中任何一个不稳定点；在设计相对网时，应能正确地从几种可能的变形模型中检测和分离出真正的变形模型。为了保证变形分析结果正确，还需要GPS监测网具有良好的粗差检测和定位能力。研究表明，当GPS基线向量监测网中每个点发出的基线数目至少为3条时，网具有较好的可靠性。

②参数识别的设计模型。由上述可知，只要可区分度指标满足要求，则灵敏度一定满足要求，但最佳变形模型的参数常常还需要更为精确的估计。

（3）观测时段和周期的设计

针对观测时段和周期，可以将工程及工程变形的性质（如剧烈变化，连续较快变化，长时期的缓慢变化等）结合起来分析，做出有利用于实现分析成果和监测意图的最佳观测周期，且可以结合目前天空的卫星分布情况，卫星的健康状况，对于时段的长短、白天、黑夜、气象等及外界因素的各种分析，得出最佳的观测时段。

（4）连续长时间观测，分历元数据处理——描述变形移（水平）的数据处理新方法

通常所进行的相对静态定位方法是利用在某一时间段观测（同步）的数据，利用差分等手段，求得点与点之间的坐标向量；而对于连续不断的工程变形，获得的是这一时间段内，点位之间最成熟的关系值。但常常需要知道一较小时间里，甚至某一时刻的最成熟的点与点之间的关系，目前，比较常用的是：利用较长一段时间的同步观测数据进行分历元数据处理，求得该时刻最成熟的点与点之间关系的方法。

（5）综述

GPS技术在工程变形监测中的应用，分以下步骤：

①根据监测的目的，在图上选点，然后到野外踏勘，以保证所选点位满足布网的要求和野外观测所具备的条件，最后得到要施测的概略点位；

②按每个点发出3条独立基线且边长分布较为均匀的原则并根据接收机台数的多少和布网原则，设计网的观测图形，并选定可能要追加施测的路线；

③给定所需的可区分度指标（或精度指标）进行计算，直到达到给定的要求为止，最后得到增加独立观测基线后的最终施测方案；

④观测时段和周期的设计；

⑤采用连续观测分历元数据处理，或间断观测，整段数据处理方法进行数据计算；

⑥利用观测值的统计，成因分析，一元或多元线性回归，逐步回归，图表等形式进行数据分析。

参考文献：

[1] 张述清，杨润书，朱明. GPS RTK技术在地籍测量中的应用研究[J]. 昆明理工大学学报(理工版)， 2007.

[2] 喻华. GPS RTK技术在地籍测量中的应用[J]. 测绘通报， 2007.

[3] 周原斌.简易距离测量的方法[J]. 山西建筑，2006.