GPS 在工程測量中的應用

苗新毅

(太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃測量中心，山西太原 030002)

全球定位系統(GPS)是利用衛(wèi)星導航實時測距和測時構成全球定位系統。該系統是由三個獨立的部分組成，即空間星座部分、地面控制部分和用戶接收部分。GPS系統即建成以后，之所以能快速地得到發(fā)展，是由于該系統具有的高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡單、應用廣泛等特點，它能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精確三維坐標以及其他相關信息。目前，GPS測量技術正在我國工程建設中發(fā)揮著重要作用，從布設測量控制網、進行陸地和水下地形圖測繪到施工放樣定位、變形監(jiān)測等方面都有著GPS測量技術的應用。現階段GPS技術與現代通信技術相結合，使得GPS定位的方法從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，從數據后處理發(fā)展到實時的定位與導航，這極大地擴展了它的應用廣度和深度。特別是GPS RTK定位技術的出現，使得相對定位的精度有了很大的提高，在小范圍內可以達到厘米級精度。此外由于GPS測量技術對測點間地通視和幾何圖形等方面的要求比常規(guī)測量方法更加靈活、方便，已完全可以用來施測各種等級的控制網。

1 GPS控制網的布設形式

1.1 GPS控制網的圖形設計

網的圖形設計就是根據網的用途和用戶要求，確定具體的布網觀測方案，其核心是如何高質量低成本地完成既定的測量任務。在進行GPS網設計時，一定要顧及測站選址、衛(wèi)星選擇、儀器設備裝置、經費、時間、人力及后勤交通保障等因素;當網點位置、接收機數量確定以后，網的設計就主要體現在觀測時間的確定、網形構造及各點設站觀測的次數等方面。

設計的一般原則如下:

1)為了確保GPS控制網的可靠性，同時能有效地檢查和發(fā)現觀測結果中的粗差，必須使GPS網中的獨立邊構成一定的幾何閉合圖形。這種閉合圖形，可以是由數條GPS獨立邊構成的非同步多邊形，如三角形、四邊形或多邊形。當GPS網中有若干個起算點時，也可以是由兩個起算點之間的數條GPS獨立邊構成的附合路線。但無論是閉合環(huán)路或附合路線，所包含的獨立邊數不宜過多。

2)考慮到要沿用原有的測繪成果，應該盡量采用原有的地方或工程坐標系統，因此，GPS網點要盡量與原有的地面控制網點相重合。重合點數應多于3個，以便可靠地確定GPS網與地面網之間的轉換參數。

3)GPS網點應考慮與水準點相重合，而非重合點一般應根據要求以水準測量方法進行聯測，因此，GPS網點一般應設在視野開闊和交通方便的地方。

4)在GPS網中不應有自由基線，因為自由基線不具備檢查和發(fā)現觀測結果中粗差的能力。

5)為了便于用常規(guī)方法聯測或擴展，C，D，E級控制網點應有1個～2個方向通視。

1.2 GPS網的基本形式

根據GPS測量的不同用途，GPS網中同步圖形的連接方式通常有點連接、邊連接和網連接三種基本方式。而在實際應用中，又往往采用混合連接方式、星形布設方式、導線連接方式和三角鎖連接方式。

2 GPS在建筑工程測量中的應用分析

某建筑小區(qū)內的三座樓由于城市規(guī)劃的需要，需進行實地的放樣和變形監(jiān)測。組織人員分別用GPS和全站儀進行測量，然后再進行測量精度的對比。表1是建筑設計數據，實地放樣工作是嚴格按照設計數據完成的。

變形監(jiān)測部分是在此建筑建至地上1層時完成的。首先在離變形區(qū)適當距離的穩(wěn)定地方選擇一基準點，作為GPS觀測的基準站;選點時，應注意點位周圍天空無障礙物，無強烈反射無線電波的金屬或其他障礙物或大范圍水面，應遠離強功率電臺、高壓線等影響接收信號效果的各種不利因素。通過在各個樓角上架設GPS RTK作為流動站進行10 min的靜態(tài)觀測，得出了新的觀測數據，然后進行坐標轉換得出了表2的測量數據。用全站儀進行常規(guī)方法測量，首先在已知控制點D1上架設全站儀，然后以已知控制點D2為后視點，通過對每個樓角進行觀測得出坐標數據;然后在D2點上架設全站儀，以D3點為后視點進行其他觀測角的觀測;最后在D3點上架設全站儀，以D1為后視點，進行最后觀測(見表3);由于三個已知控制點本身存在的誤差及人員觀測的誤差，得出了表4的坐標數據。

表1是某建筑小區(qū)內某三座樓的測量數據。

表1 某建筑的設計數據

用拓普康GPS RTK測的數據與建筑設計數據相比之差在10 mm之內。

由此可以看出，從效率上分析，用GPS RTK測量時只需少量的控制點，在建立一個基準站后，其數據鏈可以控制幾千米到幾十千米。而且不需要經常遷站，節(jié)省了時間。另一方面，用RTK測量時，一般一組只需1人～2人，投入的人員少，節(jié)省了人力。而用全站儀一組則要配3人～4人，因此，用RTK可以提高測量效率。

表2 某建筑用拓普康GPS RTK測量的數據

表3 某建筑工地內控制點坐標數據

表4 某建筑用拓普康全站儀測量的數據

從精度上分析，把用兩種方法測得的坐標結果進行比較，可以發(fā)現用全站儀觀測所得的結果精度較低，這是因為從精度上分析，由于GPS測量不存在誤差積累問題，所以其相鄰點的點位誤差相互獨立，不積累、不傳播。因此用GPS可以完成高精度的變形監(jiān)測。

3 結語

本文通過對GPS測量技術的原理及其布網形式和特點進行簡要的概述，并對其在工程測量中的應用實例進行了分析，得到了以下結論:

1)作為一種高精度定位技術，GPS測量技術已廣泛應用于工程測量的各個領域，不僅提高了工作效率，而且?guī)砹丝陀^的經濟效益。其技術的先進性、優(yōu)越性已經在某些方面取代了以測角、測距為主體的常規(guī)測量技術，其應用及開發(fā)的前景十分廣闊。

2)GPS網基準設計應根據布設目的確定，如果起算點分布過于集中，會導致遠離起算點的點位精度有所降低，在建立控制網時應使起算點分布均勻;同時為了減少遮擋，點位應選在開闊地區(qū)。在網點個數確定的情況下，增加GPS邊的調試，增加異步環(huán)的個數，有利于提高網的精度和可靠性。

［1］ 牛洪柳.GPS-RTK技術在工程測量中的應用研究［J］.山西 建筑，2012，38(3):222-223.