谈GPS在现代工程测量中的应用

摘要：GPS全球定位系统作为新形式测量系统，已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等多方面。简要介绍GPS的特点，以及GPS技术在现代工程测量中的应用。

关键词：GPS；工程测量；应用

Abstract: the global positioning system (GPS) as a new form of measurement system, widely used in the land survey, project survey, aerial photogrammetry and topographic and other aspects. Briefly introduces the characteristics of the GPS, and GPS technology in the measurement of the modern engineering application.

Keywords: GPS; Engineering measurement; application

中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：

引言

GPS技术在现代测量中有着广泛的应用，其具有选点方便的独特优势，相比其他测量技术要求测量点需要通视的特点，GPS更加简洁和方便，能够为测量部门大量的节省造标费用，通视GPS具有可以全天观测的点，观测的过程中需要的时间更短，然而其数据处理速度更快，而且数据的准确性和精确度也十分的高，GPS技术的全面建成和应用，是测绘行业具有深刻意义的一场技术革命。同时使得测量工作发生了根本性改变，大量的测绘技术人员转为对软件的开放与应用的研究，野外操作越来越傻瓜化，但对室内的数据处理越来越精确。

1.GPS测量技术原理及特点

1.1原理

GPS是Global Positioning 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）。

1.2特点

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）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；

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；

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；

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。

6）

2.GPS在工程测量中的应用

2.1建立工程控制网

工程控制网的建立与工程项目的性质和规模有着密切的关系，尤其是网型和精度方面，有着严格的要求，它是工程建设和管理的基础性设施。通常情况下，工程控制网以覆盖面积小、精度要求高作为基本的特点，使用传统的测量方法，一般都是选择边角网。而采用GPS测量技术进行工程控制网的建设，则可以减少对测量位置的局限性，缩短作业时间，且测量结果更加精确。可应用于建立工程首级控制网，变形监测控制网，工矿施工控制网，工程勘探、施工控制网，隧道等地下工程控制网，等等。应用GPS技术建立控制网，通常采用载波相位静态差分技术，以保证达到毫米级精度。使用GPS对现代道路桥梁进行勘测方面有着明显的优势。道路勘测工程的勘测目标具有狭长的特点，因此采用传统的测量方案，往往需要进行分段的测量，不仅加大了测量的难度，同时也难以确保测量数据的精确性，使用GPS技术，无需测量点之间的通视，就可以通过GPS建立起很多的测量点，通过测量点的均衡分布，无论多狭长的测量工程都能够确保其测量目标的一致性，保证测量数据的真实性和准确性。

2.2变形监测

变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技术要求高。常规的监测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉降；应用三角测量(或角度交会)的方法，监测地基的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。比如为了监测大坝或边坡的形变，可在远离大坝或边坡的适当位置，选择若干基准点，同时在形变区选择若干监测点。在基准点和监测点上分别安置GPS接受机，进行连续自动观测，并采用适当的数据传输技术，实时地将监测数据自动地传输到数据处理中心，进行分析、处理和显示。

2.3带RTK的碎部测量与放样

RTK(Real Time Kinematic)技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由两部分组成：基准站(坐标已知)和移动站(用户接收机)。其基本原理是将基准站采集的载波相位发送给用户，用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术可应用于测绘地形图、地籍图，测绘房地产的界址点，平面位置的施工放样等。采用RTK技术测图时仅需一人进行。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机，由专业成图软件在人工适当的干预下，形成所要的成果图。RTK技术进行放样，标定界标点，是坐标的直接标定，不像常规放样那样，需要后视方向用解析法标定，因而简捷易行，同时利用RTK技术放样可以在室内将需标定的点位坐标输入后再到实地实施，为野外作业节约了大量时间。

2.4区域差分网下的碎部测量与放样

区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样，是基于区域GPS差分网进行的。区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似，不同的是区域差分的基准站往往多于1个，多基准站组成基准网，基准网提供各个基准站的差分信息，用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权，按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。

3.GPS技术的不足

(1)GPS系统精确定位的关键就在于对卫星和接收机之间距离的准确计算，按照固定模式：距离=速度×时间，时间确定之后，速度按电磁波的传播速度定。众所周知电磁波在真空中的传播速度很快，但大气层不是真空状态，信号要受到电离层和对流层的重重干扰。GPS系统只能对此进行平均计算，在某些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差；

(2)与常规仪器进行的控制测量一样，使用GPS-RTK技术应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布。当使用动态GPS-RTK进行观测时，基准站的精度要经过3-5个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。

(3)大量的工程实例证明，虽然GPS高程测量能够达到一定的精度，但用GPS施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。

(4)GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标(包括高程)的，任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产生误差。为此，在选择测量点位时应注意以下几点：点位视野开阔，向上15°，视角范围内应尽量避免有障碍物；尽量远离大功率无线电发射源，间距应不小于400m，远离高压输电线路，间距应不小于200m；远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。

总结

总之，GPS技术的应用使得现代测绘发生了翻天覆地的变化，不论从人力还是物力上都有了巨大的变化，节约了大量时间和金钱，在测绘历史进程中起到了划时代作用。

参考文献

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[2]李震章，代洪君；工程测量中GPS测量技术的优、缺点[J]；中国新技术新产品；2010年01期

[3]王海霞，张勇；静态控制测量和RTK测量共用接收机的探讨[J]；山西科技；2010年01期

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。