GPS在工程測量中的應用探究

柳麗芳

（浙江省云和縣天一城鄉建設測繪隊，浙江 云和 323600）

從上世紀中葉開始，全球定位系統（GPS）從最初的簡單技術，發展至高精度的測繪手段，歷經的無數次技術變更。我國一直以來，用常規的傳統技術手段來實現工程的測量，比如用水準儀、全站儀以及測距器來定位工程的控制網，隨著科學技術的進步以及工程測量的發展，高精度、高效率的GPS測量技術正逐步取代傳統的測量工具，工程測量技術正處于變革性發展時期。

1 GPS概述

眾所周知，GPS定位系統分為三個部分:空間衛星部分、地面控制部分和用戶，其系統服務的空間從早期的導航延伸到工程測繪中來，GPS定位系統直接導致了工程測量技術的變革。早在上世紀80年代，我國開始全面進行GPS接收機的研究工作，隨著全球航天技術的發展，進入地球軌道的人造衛星日益增多，使得GPS接收機日益普遍，GPS的應用獲得了強有力的推動。

1.1 空間衛星部分

GPS空間部分是與衛星聯系著的。一共24顆衛星，具備許多個不同的軌道平面，在這些軌道上，各分布著三到四顆，在不同軌道間，其軌道平面夾角為60°，并和赤道面呈55°傾角，各軌道距地球距離約為2萬千米。如此形式的衛星分部，有利于時時刻刻使4顆以上的衛星均能探測地球任意方位的控制點。

1.2 地面監控部分

相對空間衛星部分而言，地面控制才是GPS的核心，它基本包括主控站、注入站以及監測站三個結構。地面監控部分的首要任務是維護GPS整體運行狀況，合理調控系統工作要素，用于監測各觀察數據以及計算衛星時間，監控衛星各種誤差并予以修正。其修正數據和準確的定位效果，合成數字信息，傳入衛星相關設備，基于原子鐘系統，高度維護著GPS工作狀態。

1.3 用戶

所謂用戶是相對GPS系統而言，指的是一個服務整體，即接收機的授時和定位等服務，簡單而言就是接收機。因此，主機、電源以及天線，構成用戶的主題部分。作為用戶核心，當然是主機，其主要任務是在設定的程序下進行最優衛星定位、定位信息的收集、整理、輸送和存儲，承擔著整個設備的檢查工作，并對相關故障進行排除，即全自動管理整個設備。GPS信號接收機監測到需要跟蹤的衛星信號后，通過內部構造計算出衛星與天線單元間的距離，及距離隨時間的變化情況，然后由機內軟件確定衛星軌道參數等導航數據。最后由計算機系統根據所得導航數據計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等相關信息。

2 GPS在工程測量中的應用

全球定位系統(GPS)在當前已經廣泛應用于我國工程測量領域中，特別是在野外作業，并相應的進行了實用開發研究。

2.1 靜態GPS相對定位的應用

所謂靜態相對定位，指的是需要兩臺或以上的接收機，同時對衛星信號進行接收，然后處理相關數據，精確計算控制點三位坐標，并根據其中某點的坐標位置，精確求出另外一點的坐標位置，靜態相對定位具有很強的精度，在我國野外工程測量中，用的最為頻繁。諸如位移監測、地球定位測量、大型工程野外涵洞隧道精確定位。

在我國公路的工程測量中，特別是高速公路，其線路的勘測定位有著十分高的精度。高速公路通暢延綿千里，已知的控制點少之又少，野外需要確定的控制點多不勝數，若是用常規工程測量手段，給工程帶來十分繁瑣的同時，還滿足不了工程的精度要求。GPS測量技術剛好能彌補這一缺陷。隨著我國GPS在公路工程的應用，國內已經利用GPS技術布控首級高精度的控制網，比如在杭金衡、滬杭、滬寧、石太等高速公路中都采用了GPS測量技術。在野外，用GPS技術定位公路的控制點，幾十公里出現的誤差在2cm范圍內，這是常規測量手段無法比擬的。在一般的工程測量中，控制網的布置、檢測以及樁位的放樣都是測量在主要任務，在傳統的測量工程，一般采用的是將控制網設置成線形網或者是環狀網，經常利用經緯儀以及測距儀，更有甚者單面利用全站儀進行數據的測量工作，其實這樣的配合測量工作所需要的時間相當長，花費的財力也十分巨大，因此，GPS靜態定位呼之欲出。前面分析的GPS定位法，其進行的靜態定位，幾乎不受到天氣環境等相關因素的困擾，使用十分方便，在監測的同時，精確度相當高，大力縮短了測量時間，提高了測量效率。

GPS工程測量技術除了在公路測量中應用之外，在我國大型橋梁以及隧道工程測量中也不可或缺，GPS技術不需要全線通視，能形成畫面清晰的圖像，這點在無檢核的支點的量測應用十分重要和方便。我們比較熟悉的江陰長江大橋，在其常規精密邊角網進行檢測時便應用了此技術。實現運用普通測量方式，建立精度達到要求的邊角網，在此基礎上，使用GPS檢測邊角網，因為GPS有著毫米計精度的優勢，在測量邊角網時，能符合其精度。

在我國工程測量領域，航測是最需要技術以及最嚴精度要求的，GPS技術完全能滿足相關技術要求，因而在航測領域也有GPS一席之地。尤其在鐵路建設過程中，航測技術十分重要。當前的航測成圖過程中，幾乎任何一對圖像都必須擁有滿足技術要求數量的共同控制點，只有如此，圖片之間才能產生自動糾正，我們所知道的傳統測量方法，必須占據很多平面以及高程二維坐標，在占據坐標位置的同時，必然浪費大量時間，由于人為因素，往往使測量精度遠遠不能達到技術要求。比如在深圳地鐵工程中，其工程測量就采用了GPS航測技術，所成的圖像沿一字排開，便于人工處理。

2.2 動態GPS相對定位的應用

GPS動態測量就是用GPS信號實時地測得運動目標相對于某一參考系的位置、時間、姿態、速度和加速度等狀態參數。利用安設在運動載體上的GPS接收機實時測得GPS信號接收機天線所在的位置，稱為GPS實時動態定位。相對靜態GPS相對定位而言，動態GPS相對定位指的是固定一臺接收機，以此當基準站，同時，另外的接收機在不斷處于運動狀態，以此當流動站。動態GPS相對定位技術，利用比較兩站之間相互信號的差別，通過計算，得出各個流動站在任意時刻的位移以及位置坐標。GPS動態測量的差分數據一般有兩種處理方式，一種是即時處理，一種是滯后處理。所謂即時處理，指的是及時將基準站的測量信息傳輸到流動站，進行對比加工，其重要的步驟是及時形成數據鏈，用于實時傳送信息數據；所謂滯后處理，就是不需要及時將基準站的測量信息傳輸到流動站，只在后期進行處理相關數據。

動態GPS相對定位一般用于道路勘測，這種技術在我國的應用還在初級階段，還并不成熟，相反，動態GPS相對定位技術在國外已經取得相當大的成果。在加拿大卡，一所大學里有一種全新的動態定位系統，整個系統由一臺捷聯式慣性系該、兩臺GPS接收機和一臺微機組成，其主要作用是為道路勘測作出直線以及曲線的定位，在養路方面有著十分重要的作用。

3 結語

隨著工程測量精度要求的提高，GPS技術的應用也日益廣泛，在傳統測量儀器的弊端逐漸顯現的今天，GPS所具有的優勢愈加明顯。我國無論是大型的橋梁工程，還是誤差精確的高級公路工程，GPS都能夠在很短的時間內，作出精確的測量來進行準確定位。隨著GPS靜態以及動態相對定位技術的日益成熟，相信未來的工程測量領域，GPS技術必然是主導測量手段。

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