淺析GPS測量技術及其在工程測量中的應用要點

季厚振

大慶油田工程有限公司勘察工程部，黑龍江 大慶 163712

1 GPS測量技術原理及特

1.1 原理

GPS是Global Poaitioning System的簡稱——即全球定位系統，20世紀70年代，由美國開始研究開發，歷時20年，耗資200億美元，終于在1994年全面建成，該系統可以對海陸空進行全方位的實時三維導航與定位，是新型衛星導航與定位系統。全球定位系統擁有的優勢特點是：全天候、精度高、操作簡便、高效益，因此受到了眾多測繪工作者的信賴。GPS系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。在需要的位置點架設GPS接收機，在某一時刻同時接收了三顆以上的GPS衛星所發出的導航電文，通過一系列數據處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛星的距離，同樣通過接收衛星星歷可獲得該時刻這些衛星在空間的位置（三維坐標）。

1.2 特點

1）測站之間無需通視。GPS工程測量對各個測站間的要求很簡單，相互之間不需要通視，僅要注意測站的上部空間需開闊，以保障GPS系統在接收衛星的信號時不被干擾。也正是由于這個特點為測量工程節省了大量的造標費用。因為各個測站無需通視，點位的選擇就很靈活、方便，可以根據具體工程的需要來選擇位置，省去了大地網測量中的過渡點、傳算點的測量工作；

2）定位精度高。一般的雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，紅外儀的精度則為5mm+5ppm，GPS測量出的精度相當于紅外儀的精度，但距離越長，GPS測量的精度優勢就越明顯。在各種應用實踐中證明，GPS相對定位精度在50km以內時，可以達到10-6，GPS相對定位精度在100km～500km時，可以達到10-7，GPS相對定位精度在1000km時，可以達到10-9。而在300 m～1500m的工程精密定位測量過程中，1小時以上觀測的解，其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定的邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm，校差中誤差為0.3mm；

3）觀測時間短。在布設GPS控制網時，各個測站的觀測時間大概是30min～40min，如果應用快速靜態定位方法，其觀測的時間會更短。若是應用實時動態差分法（RTK-Real-time kinematic）能在5s內求得測點坐標；

4）提供三維坐標。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程；

5）操作簡便。GPS測量系統接收機也在不斷的改進、完善，其自動化的程度也在逐步提高：接收機的體積越來越小，重量越來越輕，這在很大程度上減輕了外業測量人員的工作緊張程度和勞動強度。而今GPS接收機已趨向于小型化和操作簡便化，測量工作人員只需將天線對中、整平，量取天線高、打開電源即可進行自動觀測，對獲取的數據，利用各種數據處理軟件進行處理即求得測點三維坐標。另外，GPS觀測工作在一天之中的任一時間都可以進行，各種惡劣天氣、氣候情況對它的影響不是很大。

2 GPS測量技術在工程測量中的應用

2.1 GPS測量的外業實施

1）選點。點位應選擇在易于安置接收設備、視野開闊的位置。選點時應著重考慮：（1）每點最好與某一點通視，方便在后續的測量工作中繼續使用；（2）視野周圍高度角15°以上不應有障礙物，以免信號被遮擋或吸收；（3）點位附近不應有大功率無線電發射源（如電視臺、微波站等），棋局里不應小于200m，距離高壓電線不得小于50m等，避免電磁場對信號的干擾，減弱多路徑效應的影響；（4）點位應選在交通便利、地面基礎穩定、易于保存、有利于其他觀測手段擴展與聯系的地方，以便觀測和日后使用；（5）選點結束后，按要求埋設標石，標石要求必須堅固、穩定，并填寫點之記。

2）觀測。外業觀測主要包括以下內容：天線安置、開機觀測、氣象參數測定、觀測記錄。并及時將數據轉移至存儲設備上，觀測者填寫觀測手簿。

2.2 GPS測量的數據處理

GPS數據處理主要流程如下：

圖1

將GPS接收機記錄的觀測數據傳輸到存儲設備之后，就需要對數據進行分流，即從原始記錄中，通過解碼將各種數據分類整理，剔除無效觀測值和冗余信息，形成各種數據文件，如星歷文件、觀測文件和測站信息文件等。統一數據文件格式，將不同類型接收機的數據記錄格式、項目和采樣密度和觀測值數據單位統一為標準化的文件格式，以便統一處理。采用多項式擬合法，平滑GPS衛星每小時發送的軌道參數，使觀測時段的衛星軌道標準化。探測周跳、修復載波相位觀測值。對觀測值進行必要修改，在GPS觀測值中加入對流層改正，單頻接收的觀測值中加入電離層改正。預處理的主要目的是凈化觀測值，提高觀測值的精度。一般的數據處理軟件都采用站星雙差觀測值。

影響基線解算結果的因素主要有：基線解算時所設定的起點坐標不準確；少數衛星的觀測時間太短，導致這些衛星的整周模糊度無法準確確定；在整個觀測時段里，有個別時間段里周跳太多，導致周跳修復不完善；在觀測時段里，多路徑效應比較嚴重，觀測值的改正數普遍比較大；對流層或電離層折射影響過大。GPS控制網是由相對定位所求得的基線向量而構成的空間基線向量網。在GPS控制網的平差中，是以基線向量及協方差為基本觀測量的。通常采用三維無約束平差、三維約束平差及三維聯合平差三種模型。

[1]全球定位系統城市測量技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[2]徐紹銓，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，1998.

[3]陳斌.淺談新技術在工程測量中的應用[J].科學之友，2006(12).