简析GPS测量技术在工程测量中的应用

摘要：GPS测量技术是应用卫星定位系统的一种高科技先进技术，它高度自动化，通过卫星定位找准控制点、测量点，大大的提高了测量精度，同时也保证测量效率，可以说GPS技术的出现给工程测量带来了巨大变化。文章结合工程测量中的实际应用，对GPS测量技术在工程测量中的应用进行分析。

关键词：GPS测量技术；工程测量；应用

1、GPS系统概述

1.1 GPS系统的组成

GPS全球定位系统的组成是由空间卫星和地面的监控系统组成的。此外，测量用户还有卫星接收设备。

GPS的空间卫星群是由24颗大约高20万公里的GPS卫星群组成，并且这些卫星群均匀的分布在六个轨道面上，各个领面之间成60度角，轨道和地球赤道的倾角是55度，卫星的轨道运行周期是11小时58分，以此保证在任何的时间，任何的地点，地平线上，都可以同时接受到4到11颗GPS卫星发送出来的信号。（下图位GPS系统的组成）

GPS的用户部分是由GPS接收机、数据处理软件，并与对应的气象仪器的计算机等设备，它主要用于接收GPS卫星信号，使用卫星信号进行导航定位。随着时代的进步，现代科学技术和全球定位系统的不断成熟，体积小，重量轻，便于携带的GPS定位设备，在工程勘察领域占据越来越重要的地位。

1.2 GPS测量原理

GPS系统主要是采用高轨测距，其基本观测量为观测站至GPS卫星之间的距离，主要采用两种方式来获取距离观测量，即伪距测量和载波相位测量。伪距测量是指测量GPS卫星所发射的测距码信号到达用户接收器所用的传播时间，其测量定位速度非常快；而载波相位测量是测量有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号和接收器所产生的参考载波信号之间的相位差，其测量定位精度很高。

2、GPS测量技术的特点

2.1定位精度高

其测量的数据精度可达到厘米级别，大大超过了导航型手持机所测量成果的精度，能够完成除高等控制测量以外其它所有的测量工作。普通的双频GPS接收机的基线解精度是5mm+lppm，红外仪标称的精度达5mm+5pmm，GPS的测量精度和红外仪基本相同，所以，如果加长距离，GPS更具有优越性。

2.2测量时间短

在采用布设控制网的方式时，每个测站点的观测时间一般都在30～40min以内，如果采用快速静态定位的方式，所需的观测时间将缩到更短。在完成GPS测量时，动态相对定位中，每站点定位所需要时间仅为几秒钟，而静态响对定位需20min左右。

2.3测站之间无需通视

在测量学中，测站之间进行相互通视一直以来都是一个难题。然而，GPS的这一特点，极大地方方便了选点环节，使选点更加灵活。

2.4全天候作业

GPS卫星分布均匀并且数量较多，使得观测不受天气状况的限制，能够在任何地方、任何时间进行。

2.5提供三维坐标

GPS测量不仅能精确地测量观测站的平面位置，而且能完成观测站大地高度的测定。GPS测量能实现观测站点空间坐标的精确测定。

2.6操作简单

GPS测量拥有极高的自动化程度，对于作业的条件要求不是很高，信息的输入、计算、储存能力较强，能方便地与计算机以及其它测量工具进行通信。当前，GPS接收机不断趋向于操作傻瓜化和小型化。观测人员仅需把天线整平、对中，量取天线高，再打开电源即能完成自动观测，然后通过数据处理软天线高，再打开电源即能完成自动观测，然后通过数据处理软件进行数据处理分析就能求出测点的空间坐标。对于跟踪观测、捕获卫星等观测工作，仪器可自动完成。

3、GPS技术在工程测量中的应用

3.1 GPS测量技术在点位选择中的应用

GPS测量技术的应用中，其测量观测站不需相互通视，其点位选择范围较广，而且便于控制。

（1）点位选择的准备工作

在采用GPS测量技术进行点位选择之前，应当首先收集、了解工程测量区域的具体情况，包括地理位置、点位数量、点位分布情况及原有点位的实际分布情况，便于在进行点位选择时选择最恰当的观测位置，为工程测量项目的顺利开展拉开帷幕。

（2）GPS测量技术在点位选择中的具体应用

a.为了保证GPS测量技术在整个工程测量项目中能顺利进行观测，减少多路径误差及便于发播传送差分改正信号，应当选择视野较为宽阔的地方，而且周围障碍物的高度角必须在10°以下。

b.为了保证在GPS测量过程中，GPS卫星信号不被各类电磁波所干扰，必须保证所选择的观测点位稳固，而且周围两百米以内不能有强电磁波干扰源，包括高压输电线及无线电发射设施等，即点位的选择应避免处于大片水域或者高层建筑之中。

3.2 GPS测量技术在静态相对定位中的应用

（1）静态GPS相对定位分析

GPS静态相对定位主要是指通过两台或两台以上的卫星接收机进行卫星信号的接受，接着对采集到的数据进行分析、处理，求解出精确的测区空间位置，即三维坐标。GPS静态相对定位的高精度性，可以根据测量区域中某点的具体坐标位置，从而求出其他点的精确坐标位置。

在工程测量中，静态GPS测量技术一般用于建立工程控制网，接着使用其他测量方法对附合导线进行加密测量。当前，静态GPS相对定位技术应用于我国野外工程测量愈来愈广泛，包括地球定位测量、大型工程野外涵洞、隧道定位测量、位移监测等工程测量项目。

常规的工程测量技术不仅程序复杂，而且测量成果精度性比较低，而静态相对定位技术的使用，使得我国工程测量事业发展前景更为广阔。同时，静态GPS相对定位技术的使用不受天气环境、气候所限制，不仅减少了成果干扰因素，而且提高了整体观测精确度及观测效率。

（2）静态GPS相对定位应用实例分析

在我国的工程测量项目中，航空摄影测量对精度及技术的要求是相当高的，静态GPS相对定位技术的使用，提高了航空摄影测量图像的控制点数量及精度，以便图像可以自行纠正。GPS静态相对定位技术使得所观测的图像简便易懂，便于工作人员对其进行分析、处理、研究。

3.3 GPS测量技术在动态相对定位中的应用

（3）动态GPS相对定位分析

GPS动态相对定位指的是通过使用GPS信号对观测目标相对于其他参照物的位置、时间、形态、速度、加速度等动态参数进行观测、分析。GPS实时动态定位主要是利用设置在运动载体上的GPS卫星信号接收机对GPS信号接收机天线所在的位置进行实时观测。动态GPS相对定位主要是通过一台固定的信号接收机作为基准站，而其他的接收机则处于运动状态之中，作为流动站，它通过求解基准站与流动站直接的信号差别，得出各个流动站在各个时刻的位移及空间位置坐标。

a.动态GPS相对定位通过及时将基准站的观测信息、数据传播到流动站，形成数据链，便于基准站将观测的信息及时传播至流动站，从而对数据进行分析对比，此种数据分析方法称为及时处理方法。

b.动态GPS在观测后期对所测得的差分数据仅作相关数据处理，而非传输至流动站，即滞后处理方法。

（4）动态GPS相对定位的应用实例

动态GPS相对定位主要用于对道路的勘测工程之中，为道路勘测作出直线及曲线的定位，对于道路的维修与养护具有极大意义，不仅可以减少工程量，还可以降低整体养护费用，提高效率。

参考文献

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[2]何祖伟.浅析GPS测量技术及其在工程测量中的应用要点[J].黑龙江科技信息，2013

[3]胡云.GPS卫星定位技术及其在工程测量中的应用[J].科技创业月刊，2010，07