GPS定位技術(shù)在工程測量應(yīng)用中的優(yōu)缺點

河南省地勘一院 王 沛 王新朝 劉書峰

GPS定位技術(shù)在工程測量應(yīng)用中的優(yōu)缺點

河南省地勘一院 王 沛 王新朝 劉書峰

在測繪領(lǐng)域，隨著全站儀的推廣普及，傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、測距儀逐漸被取代。近年來，隨著GPS測量技術(shù)的發(fā)展，工程測量的作業(yè)方法更是發(fā)生了歷史性的變革。GPS測量通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而求定測量點的空間位置，它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性?，F(xiàn)已成功應(yīng)用于工程測量、航空攝影測量、工程變形測量、資源調(diào)查等諸多領(lǐng)域。

GPS主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。

1. GPS空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道平面的傾角為55°，衛(wèi)星的平均高度為2O200km，運行周期為11h58min。衛(wèi)星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號，導(dǎo)航定位信號中含有衛(wèi)星的位置信息，使衛(wèi)星成為一個動態(tài)的已知點。在地球的任何地點、任何時刻，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)到9顆。

2. GPS地面監(jiān)控站主要由分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)測站對GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，計算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)編制成導(dǎo)航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器中。

3. GPS用戶設(shè)備由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備(如計算機(jī))等組成。GPS接收機(jī)可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，跟蹤衛(wèi)星的運行，并對信號進(jìn)行交換、放大和處理，再通過計算機(jī)和相應(yīng)軟件，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差，求出GPS接收機(jī)中心(測站點)的三維坐標(biāo)。

從工程測量的實施應(yīng)用中，我們可以充分看到GPS測量的優(yōu)越性，充分顯示了這一衛(wèi)星定位技術(shù)的高精度和高效益。

1. 采用GPS技術(shù)測設(shè)方格網(wǎng)，比常規(guī)方法適應(yīng)性更強(qiáng)。網(wǎng)形構(gòu)造簡單，點的疏密和邊的長短可靈活選取，即使離已知控制點較遠(yuǎn)也可以連接，并進(jìn)行控制網(wǎng)的定位和定向。它解決了點位之間無法通視的困難，選點靈活，不需要高標(biāo)，外業(yè)施測不受天氣影響。測設(shè)大型(長邊)方格網(wǎng)和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優(yōu)越性。盡管GPS本身在進(jìn)行測量時不受到通視條件的限制，但是，工程測量一般為小范圍測量并受到成本的限制。因此，在實際的工程測量中，仍然要考慮使用全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等常用且投入較少的儀器。這些常用的儀器一般都需要點與點之間相互通視，特別是在布設(shè)控制網(wǎng)時，點與點不能通視將會給測量工作帶來較多的麻煩和困難。特別是大型工程控制網(wǎng)中，如果點與點不通視，勢必影響網(wǎng)的強(qiáng)度和精度。因此，在工程測量中布設(shè)GPS控制網(wǎng)時，必要時應(yīng)當(dāng)盡量使較多的點互相通視。

2. GPS方格網(wǎng)點位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規(guī)范要求，而且具有較大的精度儲備。

3. 采用點位中誤差作為方格網(wǎng)測量精度指標(biāo)是可行的，它比用相對中誤差表示精度指標(biāo)更為合理。

4. 采用GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)，因其圖形強(qiáng)度系數(shù)高，能夠有效地提高點位趨近速度。網(wǎng)形優(yōu)化比較方便。

5. 采用GPS-RTK測設(shè)建筑方格網(wǎng)與常規(guī)測量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。一個參考站可有多臺流動站作業(yè)，流動站不需基準(zhǔn)站指揮，單人即可獨立作業(yè)。

GPS技術(shù)以其獨特而強(qiáng)大的功能與優(yōu)點充分顯示了它在該領(lǐng)域發(fā)展的優(yōu)越性，以及更大、更廣闊的發(fā)展空間。但在該領(lǐng)域?qū)嶋H施工過程中和后續(xù)工程的建設(shè)和監(jiān)測中也暴露出了一些不足。

1. GPS系統(tǒng)精確定位的關(guān)鍵就在于對衛(wèi)星和接收機(jī)之間距離的準(zhǔn)確計算，按照固定模式：距離=速度×?xí)r間，時間確定之后，速度按電磁波的傳播速度定。眾所周知電磁波在真空中的傳播速度很快，但大氣層不是真空狀態(tài)，信號要受到電離層和對流層的重重干擾。GPS系統(tǒng)只能對此進(jìn)行平均計算，在某些具體區(qū)域肯定存在誤差；在大城市或山區(qū)由于高層建筑物及樹木等對信號的影響，也會導(dǎo)致信號的非直線傳播，計算時也會引入一定的誤差；

2. 與常規(guī)儀器進(jìn)行的控制測量一樣，使用GPS-RTK技術(shù)應(yīng)首先復(fù)核起算基準(zhǔn)點的精度，起算點應(yīng)為高等級的控制點，并且起算基準(zhǔn)點和觀測點之間具有較好的位置分布。當(dāng)使用動態(tài)GPS-RTK進(jìn)行觀測時，基準(zhǔn)站的精度要經(jīng)過3-5個高等級控制點的連測、復(fù)核，確?；鶞?zhǔn)站坐標(biāo)在各個方位觀測情況下具有一致的精度。

3. GPS測量中所選擇的控制點位置的差異直接影響到觀測點位的精度。由于GPS測量是通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而得到點位坐標(biāo)(包括高程)的，任何可能影響信號接收的因素出現(xiàn)干擾時，所測定的點位坐標(biāo)都可能產(chǎn)生誤差。為此，在選擇測量點位時應(yīng)注意以下幾點：(1)點位視野開闊，向上15°，視角范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免有障礙物。(2)盡量遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源，間距應(yīng)不小于400m，遠(yuǎn)離高壓輸電線路，間距應(yīng)不小于200m。(3)遠(yuǎn)離具有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體，并盡量避開大面積的水域。

4. GPS測量成果與常規(guī)測量成果之間，不同型號GPS測量成果之間存在差異，有時相差比較大。GPS網(wǎng)在進(jìn)行平差計算時，邊長一般需要進(jìn)行兩項改正：(1)歸算至大地水準(zhǔn)面的改正；(2)歸算到高斯投影面上的改正。二維聯(lián)臺平差模型不能解決平面位置與高程位置統(tǒng)一的問題，而三維聯(lián)臺平差模型是一個多功能的可實現(xiàn)平差模型轉(zhuǎn)換的高級平差系統(tǒng)，平差得到的結(jié)果是點的三維空間位置及其精度，這對于點位及其分量的全面分析和研究是極有利的。但在三維聯(lián)合平差時，需要地面點有相應(yīng)精度要求的大地高觀測值，這在某些情況下是難以實現(xiàn)的。

綜上所述，在工程測量領(lǐng)域中，由于GPS定位技術(shù)自身獨特而強(qiáng)大的功能，充分顯示了它在該領(lǐng)域?qū)嶋H測量工作中比常規(guī)控制測量具有更大的優(yōu)越性和適應(yīng)性，同時也存在一些不足，還有待于進(jìn)一步研究改善來適應(yīng)實際測量工作。隨著該技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，以及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，GPS定位技術(shù)將在城市建設(shè)及工程測量中得到更加廣泛的應(yīng)用。黨和政府的一切工作，歸根結(jié)底都是為了實現(xiàn)好維護(hù)好發(fā)展好最廣大人民的根本利益?！苯ㄔO(shè)人民滿意的服務(wù)型政府，就是要求政府有一種公共服務(wù)職責(zé)的文化自覺意識，不斷增強(qiáng)其公共服務(wù)創(chuàng)新能力，把公共服務(wù)擺放在更加重要的位置。各級政府應(yīng)把公共科學(xué)服務(wù)的內(nèi)容納入“十二五”規(guī)劃，制定切實可行的公共科學(xué)服務(wù)項目，以便有效發(fā)揮政府在公共服務(wù)中的主體地位和主導(dǎo)作用，為人民群眾提供方便快捷、優(yōu)質(zhì)高效的公共科學(xué)服務(wù)。

3.優(yōu)化多元的參與機(jī)制。一方面，在公共科學(xué)服務(wù)體系的構(gòu)建過程中，政府有責(zé)任保障公民充分地參與基本公共科學(xué)設(shè)施的建設(shè)。要使公眾對科技發(fā)展有更多的知情權(quán)，并能參與科技發(fā)展，監(jiān)督科技服務(wù)。參與不僅僅是公民個人的依法參與，也可以是公民通過組成民間社團(tuán)等非營利性服務(wù)機(jī)構(gòu)的社會組織形式，合法地、有組織地進(jìn)入公共領(lǐng)域，形成公共科學(xué)服務(wù)的共同治理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)公共科學(xué)服務(wù)體系中政府與公民的良性互動。另一方面，參與公共事務(wù)是現(xiàn)代民主政治制度下公民應(yīng)盡的義務(wù)，對公共事務(wù)的有序參與，既是現(xiàn)代民主精神的體現(xiàn)，更是公民履行公共義務(wù)的重要表現(xiàn)。

從政治學(xué)的角度看，公民參與性原則體現(xiàn)了服務(wù)型政府理論強(qiáng)調(diào)的善治的概念。所謂善治不同于傳統(tǒng)的統(tǒng)治，其本質(zhì)區(qū)別主要在于統(tǒng)治的權(quán)力向度是自上而下的單向度運作過程，而善治則是多元的上下互動的過程，它通過合作協(xié)調(diào)及對共同目標(biāo)的確定等手段達(dá)到對公共事務(wù)的治理。從社會融合的角度來看，公民參與性原則可以增強(qiáng)公民的歸屬感和責(zé)任感，培養(yǎng)現(xiàn)代公民意識，樹立公民在和諧社會中的主人翁意識、文化認(rèn)同感和凝聚力，從而更好地調(diào)動公民參與公共科學(xué)生活的積極性，并激發(fā)其無限的微觀活力和創(chuàng)造力。因此，政府要充分發(fā)揮市場對社會發(fā)展的促進(jìn)作用，強(qiáng)化政府在市場經(jīng)濟(jì)條件下的社會管理和公共科學(xué)服務(wù)職能，把推進(jìn)體制機(jī)制創(chuàng)新作為發(fā)展動力，創(chuàng)新公共科學(xué)服務(wù)體制，改革公共服務(wù)提供方式，鼓勵和引導(dǎo)社會力量廣泛參與，從而保證基本公共科學(xué)服務(wù)性資源的有效性。

4.建立公共科學(xué)服務(wù)績效評估機(jī)制?？冃гu估是檢驗戰(zhàn)略和目標(biāo)的執(zhí)行情況的重要工具和手段。把公共科學(xué)服務(wù)內(nèi)容納入政府績效評估之列，是提高政府績效的有效途徑之一。為此，應(yīng)建立公共科學(xué)服務(wù)的效果監(jiān)測評估機(jī)制，并強(qiáng)化領(lǐng)導(dǎo)問責(zé)制，建立公共科學(xué)服務(wù)的領(lǐng)導(dǎo)干部政績考核制度，以確保公共科學(xué)服務(wù)體系、機(jī)制的良好運行。

綜上，在探索自然、改造世界的長期實踐中，人類不斷推進(jìn)科技進(jìn)步和創(chuàng)新，不僅從物質(zhì)層面上改變了世界，而且在精神層面上深刻影響了人類社會文明的發(fā)展。創(chuàng)建公共科學(xué)服務(wù)體系的理念，是在新的高度上思考科學(xué)推進(jìn)社會發(fā)展的途徑，思索人類科學(xué)活動的內(nèi)涵。建立和完善公共科學(xué)服務(wù)體系，是一項復(fù)雜的社會系統(tǒng)工程，需要以政府為主導(dǎo)，社會組織和公民共同參與來完成。我們要在中國特色社會主義理論體系的指導(dǎo)下，努力建設(shè)具有中國特色、中國風(fēng)格、中國模式、中國氣派的公共科學(xué)服務(wù)體系，以滿足人們對科學(xué)技術(shù)日益增長的新需求、新期待，以人為本，激發(fā)人的創(chuàng)造力、推動創(chuàng)造更多的社會財富，促進(jìn)人與社會的全面發(fā)展。