浅析GPS技术在工程测绘中的应用及技术优势

摘要：GPS技术以其独特的技术优势，大大降低了工程测绘的作业强度及生产成本，受到广大工程技术人员的普遍欢迎。文章较详细的介绍GPS技术的定义和特点，阐述了GPS技术在工程测绘中实际应用的几种情况。

关键词：GPS；工程测量；测绘

一、GPS系统概述

1.定义：GPS系统是指利用GPS定位卫星，在全球范围内进行实时定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。

2.组成部分：GPS系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备三个部分组成。

GPS系统的空间卫星星座部分由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。24颗卫星均匀的分布在6个轨道面内，每个轨道面上有4颗卫星，在全球各地随时都能观测到至少4颗GPS卫星，这就使得GPS系统能在全球各地全天候提供定位和导航服务。

GPS的地面监控部分主要由分布在全球的5个地面站所组成。地面控制站负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据，是GPS系统能进行定位和导航的基础。

用户设备的主要任务是就收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经数据处理而完成定位和导航工作。

3.GPS定位的基本原理：把GPS卫星看成是移动的控制点，由于GPS卫星不停的发射星历参数和时间信息，地面接收机在时钟的控制下，测出卫星信号到达接收机的时间，进而确定卫星与接收机之间的距离，通过空间距离后方交会的方法来确定地面接收机的位置。

二、GPS技术的应用

1.静态GPS技术在工程测绘中的应用

静态GPS技术在工程测绘中主要用于控制网的布设、加密及控制网的复测等方面。工程技术人员可依据实际情况通过静态或者快速静态的方法来实现。

（1）确定控制网的等级及网型设计。

应根据工程的性质及精度要求确定控制网的等级，结合有关GPS测量规范并考虑现有的GPS设备数量设计控制网的网型。GPS测量按照精度和用途分为A、B、C、D、E级

用于建立国家一等大地控制网，进行全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和精密定轨等的GPS测量，应满足A级GPS测量的精度要求。

用于建立国家二等大地控制网，建立地方或城市坐标基准框架、区域性的地球动力学研究、地壳形变测量、局部形变监测和各种精密工程测量等的GPS测量，应满足B级GPS测量的精度要求。

用于建立三等大地控制网，以及建立区域、城市及工程测量的基本控制网等的GPS测量，应满足C级GPS测量的精度要求。

用于建立四等大地控制网的GPS测量应满足D级GPS测量的精度要求。

用于中小城市、城镇以及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测、建筑施工等的控制测量等的GPS测量，应满足D、E级GPS测量的精度要求。

各级GPS网一般要逐级布设，并尽量根据实际情况来优化。

（2）选点和埋石

选点时尽量找地形开阔和交通方便的地方，同时要便于仪器的架设，尽量避开电磁波吸收、反射、干扰的金属及高大的建筑物。例如，通信铁塔，高压线，高大的楼房、树木及大片的水域。点位选定后应埋放标石并做点之记，方便以后找点。各个点的点名要唯一，编号要统一，方便计算机处理。

（3）外业观测

架设好GPS接收机后要首先填写外业观测记录簿，把接收机的点号、仪器号、仪器高及观测时段等数据都记录在观测手簿上，为内业计算提供数据。为求定GPS点在某一参考坐标系中的坐标，应与该参考坐标系中的原有控制点联测，联测的总点数不应少于3点。在需用常规测量方法加密控制网的地区，D、E级网点应有1～2方向通视。

（4）内业计算

内业计算就是把接受机观测的数据输入到计算机，通过专用的数据处理软件来进行基线解算及网平差。最后得出需要的点位坐标。

（5）成果检查和提交

内业计算后得出的成果要经过充分的检查，发现不合格的数据要进行重新观测并重新计算，当确定成果满足精度要求后方可提交。

2.动态GPS技术在工程测绘中的应用

（1）实时动态（RTK）测量技术

GPS的RTK测量模式要求至少有两台同时工作的GPS接收机。其中一台接收机被指定为基准站，架设在一个经纬度及高度都已知的点上，另外一台为流动站。用户可以携带流动站在测区内进行定位测量及施工放样。

GPS-RTK经过多年的发展，目前定位精度已可达厘米级，完全可以被用在道路中线纵断面及横断面的测绘、地形图测绘和界址点放样等工程项目中，且作业方式灵活多变，较传统的作业方法既能极大的提高工作效率，减小作业强度，又能降低勘测成本，提高工作能效。

（2）网络RTK

在RTK系统中，由于受到数据通信链的限制，作用距离一般在10km左右。距离增大后，整周模糊度参数就不能快速确定，同时各种误差也相继增大，使得RTK技术无法使用。

网络RTK技术也称“虚拟参考站技术”，其实现了GPS系统能长距离且快速精密定位。它的核心思想是：根据用户的位置，系统生成一个观测值，如同在用户附近有一个虚拟的观测站，用户根据该观测值，采用常规的RTK方法就能实现精密定位。在这个系统覆盖的范围内，用户不用自己架设基准站，只需一台GPS接收机利用既有的系统网络来实现实时精密定位了，比常规的RTK测量方法更加方便且节省成本，目前已被应用在地籍测绘，界址点放样等工程领域中。

三、GPS技术的优势

与传统的测量技术相比，GPS定位技术有以下特点：

1.观测站之间无需通视。由于GPS接收机接收的是GPS卫星信号，只要测站上空保持开阔，保证接收机接收卫星信号不受干扰即可。GPS技术的这一优点大大的减少了测量工作的时间、经费和劳动强度，也使得点位的选择更加灵活，极大的提高了作业效率。

2.定位精度高。GPS定位技术比传统测量技术定位精度要高很多，尤其是长距离基线。通过以往的大量实验，GPS技术定位精度高的特点已经得到了广泛的认同。

3.观测时间短。利用静态或快速静态的方法，完成一条基线的相对定位所需要的时间比传统的测量方法要节省很多，一般一到两个小时就能完成，如用快速静态的方法，通常仅需几分钟的时间。

4.操作简便。由于GPS用户接受机的自动化程度很高，且有各种指示灯指示操作，使得测量工作操作起来非常简便，甚至只需开关机就能完成测量工作。

5.全天候作业。GPS接收机可以在任何地方、任何时间连续运行，一般不受天气状况的影响。但是，雷雨天气可能会对接收机造成损坏，在没有防护措施下，要避免雷雨天气时作业。

四、结语

综上所述，GPS系统以其独特的技术优势，已经赢得了工程测绘技术人员的广泛赞誉。相信在未来很长的一段时间内，GPS技术仍会主导工程测绘领域，并且随着技术的革新，功能更加强大的GPS设备会不断涌现，其应用和发展空间会更加的广泛。

参考文献：

[1]詹长根，唐祥云，刘丽编著.地籍测量学.武汉：武汉大学出版社，2005.6

[2]GB/T 18314-2009，全球定位系统（GPS）测量规范