GPS測量技術及其在工程測量中的應用

摘要：GPS發展到幾天，已經走向成熟，即將進入GPS創新階段，文章從GPS技術，本文分析了GPS測量技術公路工程中，最后對工程測量技術的發展趨勢進行了預測，本文將重點探討一下GPS 在工程測量領域的應用。

關鍵詞：GPS測量技術；工程測量；應用

引言：近年來，GPS技術因其自身的諸多優勢，已經廣泛應用在工程測量過程中，運用GPS技術進行測量，不僅能夠擴大測量的范圍，同時能夠提高測量數據的準確性，最大限度地減少誤差，為工程測量帶來了巨大的方便，可以說，GPS技術是傳統的測量技術和現代技術的完美結合，體現了測量技術的飛速發展。

1 GPS測量技術概述

全球定位系統GPS（Global Positioning System）是美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統，由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成，其具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領域得到了應用，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領域展開了研究并得到廣泛應用。而一直以來我國普遍運用常規的傳統技術手段來實現工程測量，例如用水準儀、全站儀以及測距器來定位工程的控制網，隨著科技的進步以及工程測量的發展，GPS技術以其諸多優勢，正逐步替代傳統的測量工具。

2 GPS的構成

2.1 測量原理

GPS系統主要是采用高軌測距，其基本觀測量為觀測站至GPS衛星之間的距離，主要采用兩種方式來獲取距離觀測量，即為距測量和載波相位測量。偽距測量是指測量GPS衛星所發射的測距碼信號到達用戶接收器所用的傳播時間，其測量定位速度非常快。

2.3 用戶設備

GPS 用戶設備由GPS 接收機、數據處理軟件及其終端設備等組成。GPS 接收機可捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤衛星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，經基線解算、網平差，求出GPS 接收機中心（測站點）的三維坐標。

3 GPS測量技術的優勢

相對于常規的測量方法來講，GPS測量有以下優勢。

3.1全天候作業

GPS技術是采用多衛星分布系統，可以覆蓋到每一個角落，進行不間斷全天候作業，這樣就能夠對所需觀測的對象進行實時觀測，為工程測量提供準確的數據。但是需要注意的是，在雷雨天氣情況下，盡量不要進行觀測。

3.2 測站間無需通視

普通的工程測量，測站間的通視問題一直都很難解決，影響了測量的準確性，而GPS系統屬于全球定位系統，因此說在進行工程測量時，不需要測站之間的通視，強大的系統可以根據具體的需要進行定位，這樣不但操作靈活，還能保證數據的準確性。

3.3定位準確

工程的測量需要保證數據的準確性和定位的精確性，這就需要有較高精確度的定位系統，經過實踐證明，GPS系統的定位精度很高，在50千米的距離內，能夠實現精確定位，相對定位精度能夠達1×10-6，并且隨著觀測技術的不斷發展，其定位的準確度也在不斷上升，能夠滿足各種工程的測量需求。

3.4觀測時間短

隨著技術的提高，在15千米范圍內的快速靜態對象，可實現1分鐘觀測完畢，這樣短時間的觀測速度，能夠節省下不少時間，使工程測量更加便捷。

4 GPS測量技術的不足

4.1變形監測的一次性投入成本和長期監測運行成本較高，高程精度不象水準測量那樣容易達到監測度要求，而且組織復雜。

4.2高程測量時應用GPS定位技術不能直接得到地面點的正常高，而只能得到大地高，確定地面點的正常高，必須要知道地面點的高程異常，這就限制了GPS技術在高程測量方面的作為。

4.3碎部測量與放樣時，高大的建筑物會遮擋GPS信號，使得觀測值產生周跳，破壞了整周計數的連續性，需要重新確定初始周未知數。這樣，不但影響觀測工作的效率，也影響了工作人員的情緒。如果這種現象頻繁出現，將造成記錄的支離破碎，影響成圖精度甚至會發生錯誤。

4.4建立工程控制網時一些帶有隱蔽性和遮擋性地區無法使用或不便使用GPS技術。如在進下地下工程、隧道控制測量中地面首級控制網可以采用GPS技術，在地下施工控制方案中卻無法采用，因為地下沒有GPS信號。在森林中布設控制網，如果道路較窄而道路兩旁的樹木茂盛，GPS信號就會被樹木遮擋而呈現斷斷續續，很難解算出符合精度要求基線向量。

5 GPS 在工程測量中的應用

5.1帶RTK的碎部測量與放樣

RTK技術，即載波相位差分技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。RTK系統由兩部分組成：基準站（坐標已知）和移動站（用戶接收機）。其基本原理是：將基準站采集的載波相位發送給用戶，用戶根據基準站的差分信息進行求差解算用戶位置坐標。RTK技術可應用于測繪地形圖、地籍圖，測繪房地產的界址點，平面位置的施工放樣等。采用RTK技術測圖時僅需一人進行。將GPS 接收機放在待定的特征點上1、2 秒鐘，同時輸入該特征點的編碼即可。把一個小區域內的地形、地物特征點測定后傳入計算機，由專業成圖軟件、在人工適當的干預下，形成所要的成果圖。采用RTK技術進行放樣，標定界標點，是坐標的直接標定，不像常規放樣那樣，需要后視方向、用解析法標定，因而簡捷易行。

5.2 區域差分網下的碎部測量與放樣

區域性GPS差分系統下的碎部測量與放樣，是基于區域GPS差分網進行的。區域差分與RTK單基點載波相位差分的原理相似，不同的是區域差分的基準站往往多于1個，多基準站組成基準，基準網提供各個基準站的差分信息，用戶接收機根據自己的位置確定各基準站差分信息的權，按非等權平差后形成自己的差分改正數，實現差分定位。

5.3變形監測

變形監測主要是監測像大橋、水庫大壩、高層大樓等建筑物、構筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況。監測工作的特點是被監測體的幾何尺寸大，監測環境復雜，監測技術要求高。常規的監測技術是應用水準測量的方法，監測地基的沉降；應用三角測量（或角度交會）的方法，監測地基的位移和整體的傾斜。GPS技術在該領域有廣泛的應用。

5.4建立工程控制網

整個工程管理、日常維護和建設的基礎工作是工程控制網，其具有覆蓋面積較小、精度要求高、點位密度大等特點。常規的方法最常見的就是采用邊角網，而通過GPS 技術建立的工程控制網，具有很大的優勢，如在點位選擇上較靈活、定位精度高、費用低、作業效率高等等。其還可以應用于建立煤礦施工、變形監測和工程首級控制網等。載波相位靜態差分技術是利用GPS 技術建立工程控制網時最常用的，其具有使精度達到毫米級的作用。由于工程一般具有橫向很窄、縱向很長的特點，利用傳統三角鎖導線方法，誤差累計較大。而利用具有測點之間無須通視特點的GPS 技術，鋪設GPS點較長，可以使長距離線路坐標控制的一致性得到有效的保持。

6 結束語

總之，傳統的測繪技術正在向現代化以立體為特征的測繪科學技術體系轉變。整個測繪行業無論從技術上、設備上，還是效率上，都得到不同程度的提高。原來的測繪方法受時間、空間和通視條件的限制性，而GPS全球衛星系統利用其獨特的優勢，達到全天候采集，充分顯示了它在該領域實際測量工作中比常規控制測量具有更大的優越性和適應性。相信，隨著該技術的飛速發展和普及，GPS 定位技術在工程測量中將得到更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]韓艷榮.GPS技術在現代化測量中的應用[J].中國新技術新產品，2009，（07）.

[2]成桂靜.GPS在工程測量中的應用[J].山西建筑，2009，（01）.