GPS系統(tǒng)在房屋工程控制測量中的運用

李遠河

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局265大隊,江西鷹潭 335000)

GPS系統(tǒng)在房屋工程控制測量中的運用

李遠河

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局265大隊,江西鷹潭 335000)

隨著GPS定位技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用水平的不斷提高,GPS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。GPS系統(tǒng)不僅廣泛用于船舶、飛機、汽車以及機器人等的導(dǎo)航,還應(yīng)用在大地測量、工程測量、航空測量和海洋測繪等領(lǐng)域。本文簡單介紹了GPS系統(tǒng)的原理及其優(yōu)點,并對其在房屋工程控制測量中的應(yīng)用進行了探討。

GPS系統(tǒng) 原理 房屋 工程測量

1 GPS系統(tǒng)原理

Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)），簡稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)由空間衛(wèi)星部分、地面控制部分和用戶三部分組成[1]?？臻g部分的多個軌道平面上共分布了24顆衛(wèi)星，其中有21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星。地面控制部分由1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站組成，其任務(wù)是管理和調(diào)整系統(tǒng)的工作狀態(tài)以保證整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，是整個系統(tǒng)的中樞。用戶是指所有使用接收機完成授時、定位等服務(wù)的整體[2]。接收機由主機、電源和天線組成，主機負責(zé)整個系統(tǒng)的自動管理，能夠檢查、報警和排除部分故障;天線用來采集衛(wèi)星信號;電源為主機和天線供電。

GPS系統(tǒng)定位的基本原理如下：根據(jù)已知衛(wèi)星的瞬時坐標(biāo)以及GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線支架的距離觀測量，來確定用戶接收機即觀測站的位置。根據(jù)測量學(xué)中的后方交會原理，理論上一個觀測站有3個獨立的距離觀測量即可計算出其所在的位置。然而，在實際應(yīng)用中，必須至少同時觀測4顆衛(wèi)星，由于偽距的影響，即衛(wèi)星鐘和用戶接收鐘之間的同步差，使實際觀測的距離產(chǎn)生了誤差;衛(wèi)星鐘差可以利用相關(guān)參數(shù)進行確定和修正，而接收機的鐘差則不能，因此只能作為一個未知參數(shù)一并求解，這就要求只能再增加一顆觀測衛(wèi)星，即利用4顆衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，這樣才能使所有4個未知參數(shù)全部求解出來。

2 GPS系統(tǒng)的優(yōu)點

2.1 定位精度高

GPS系統(tǒng)的精度要比普通測量方法的精度高，特別是隨著距離的增加，GPS精度高的優(yōu)點更加突出。GPS基線向量的相對精度在10-5-10-9之間，且隨著距離的增加精度仍然較高，明顯優(yōu)于常規(guī)的測量方法。

2.2 測量時間短

GPS系統(tǒng)在進行一般等級的測量時觀測時間一般為1-2個小時，甚至更短。另外，GPS測量時不像常規(guī)測量方法那樣只有實現(xiàn)了點與點之間的通視才能進行測量，只需各個觀測點能接收到衛(wèi)星信號即可。因此在測量中可以避免很多中間過程，方便測量，使測量時間更短。

2.3 對工作條件的適應(yīng)性強

GPS系統(tǒng)對工作條件的適應(yīng)性很強，不受時間、地點和天氣等條件的限制。即無論任何位置：天空、海上還是陸地;任何時間：白天還是黑夜，或者一年四季各時節(jié);無論天氣如何：晴好、風(fēng)霧還是雨雪，GPS都能進行定位、授時等服務(wù)，保證用戶無論在何種情況下都能順利地完成任務(wù)。

2.4 操作方便

GPS系統(tǒng)的觀測、處理等過程都實現(xiàn)了高度的自動化，觀測過程和數(shù)據(jù)處理過程都是通過相關(guān)儀器和設(shè)備自動完成的，無需大量人力和技術(shù)，操作方便，同時也大大減少了人為誤差以及粗差的發(fā)生。

3 GPS系統(tǒng)在房屋工程測量中的應(yīng)用

3.1 技術(shù)設(shè)計

在房屋工程測量中，GPS系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計不僅要符合合同書上的技術(shù)要求，而且也要符合國家建設(shè)部的有關(guān)規(guī)范、章程和制度的要求。GPS系統(tǒng)網(wǎng)的布設(shè)方式有點連式、邊連式、網(wǎng)連式及邊點混合連接等多種方式[3]。在實際中，要根據(jù)房屋周圍測區(qū)的實際情況，選擇合適的GPS系統(tǒng)網(wǎng)型。在控制網(wǎng)設(shè)計時，要根據(jù)精度需要選擇合適的網(wǎng)型，并適當(dāng)提高外業(yè)施測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)的技術(shù)指標(biāo)。在觀測計劃方面，可根據(jù)GPS衛(wèi)星的預(yù)報圖和幾何圖形的強度，選擇最好的觀測點和最佳的觀測時間。

3.2 外業(yè)施測

GPS在房屋工程測量中，選點時要去現(xiàn)場進行測量并根據(jù)布設(shè)網(wǎng)型進行實地選點。選點時，不僅要符合GPS的觀測要求，還要避免信號被減弱或干擾，遠離干擾源，避開高壓線，以保證觀測的質(zhì)量。在地面高度角大于15度的范圍內(nèi)不應(yīng)有障礙物，選點要布設(shè)在開闊的區(qū)域，遠離大面積水域，防止信號被遮擋或吸收。另外，點位要利于安全作業(yè)、長久保存。在選點和埋標(biāo)之后，根據(jù)安排和計劃進行觀測，在觀測之前要做好觀測準(zhǔn)備，檢驗觀測儀器，查閱衛(wèi)星預(yù)報表，選擇最佳觀測時間，根據(jù)要求制定工作計劃、人員調(diào)度表等。在觀測時采用靜態(tài)相對定位模式，要盡量增加多余的觀測基線，使GPS網(wǎng)有多余的觀測，從而提高GPS觀測的精度與可靠性。

3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

GPS系統(tǒng)在房屋工程控制測量中的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括基線解算和網(wǎng)平差兩個階段。GPS基線向量是GPS同步觀測的直接結(jié)果，它表示了測站與測站之間的坐標(biāo)增量。基線解算一般采用差分觀測值，其中雙差觀測值是較為常用的[4]?；€解算的過程如下：首先解算出未知參數(shù)和基線向量的實數(shù)解，然后將未知數(shù)固定成整數(shù)，再進行平差解算，得出基線向量的最終解?；€解算可以得到測站間的基線向量，基線向量只含有位置基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)，而要確定GPS網(wǎng)中一點在某一坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)，還需要方位基準(zhǔn)，因此要在該坐標(biāo)系下引入平差起算數(shù)據(jù)才能得到。另外，GPS網(wǎng)平差還可以消除一部分誤差，使內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果更為準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

在房屋工程控制測量中，GPS系統(tǒng)因為其具有定位精度高、測量時間短、對工作條件的適應(yīng)性強、操作方便等優(yōu)點，對建設(shè)工期的縮短、成本的降低和靈活設(shè)計等都比常規(guī)技術(shù)有著更積極的作用。目前，GPS技術(shù)已基本取代常規(guī)的測量手段，在多種控制測量中成為主要的技術(shù)手段，并且隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，它將會應(yīng)用在更為廣闊的領(lǐng)域當(dāng)中。

[1]周曉愚,葉韜.GPS系統(tǒng)的原理及其在房屋建設(shè)測量中的應(yīng)用[J].價值工程,2010,09：111.

[2]孫蕾.GPS系統(tǒng)在房屋建設(shè)測量中的應(yīng)用[J].河南科技,2013,04：148.

[3]高士波.GPS系統(tǒng)在房屋建設(shè)測量中的應(yīng)用淺析[J].黑龍江科技信息,2010,29：18.

[4]唐慶君.GPS系統(tǒng)在工程測量中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2013,12：100-101.