GPS在工程施工控制測量中的應用

王仲磊

（廣東省地質局第一地質大隊廣東珠海519001）

GPS在工程施工控制測量中的應用

王仲磊

（廣東省地質局第一地質大隊廣東珠海519001）

隨著國家基礎設施的大力建設，對工程的施工質量也提出了更高的要求，而工程測量是工程施工的前期基礎工作，它對工程施工的準確定位起到關鍵性的作用。GPS測量技術以其全天候、實時性、高精度的優勢在工程施工測量中得到了越來越多的應用。本文主要以GPS測量技術在工程施工中的應用、以及測量工作的不足做簡要的闡述。

GPS測量誤差精度控制

0　引言

GPS（Global Positioning System）即全球自動定位系統。在20世紀中后期，由美國國防部為了更好的軍民服務，經過多年的努力而研發的新一代全球衛星自動導航定位系統，其可以24小時自動向全球范圍內的用戶提供高精度的導航、定位和授時服務。

在近十幾年，GPS全球定位系統已經廣泛應用于測繪工程領域，它可以建立高精度的打底測量控制網，從而可以測量全球的動態參數。同時，它還可以高精度的建立大地基準，從而高精度的測量海洋、陸地數據參數。

1　 GPS概述

研究發現，GPS主要由三大部分而組成：地面監控部分、空間衛星部分和用戶設備部分。

1.1空間的衛星群

GPS空間衛星群，它主要是由分布在6個傾角為60度衛星軌道上的24顆衛星組成，以組成幾乎圓形軌道繞地球運轉，其高度約2.02萬千米，其衛星群的運轉周期為11小時58分，從而實現了任何地點任何時間接受4顆以上衛星所發射的衛星信號。

1.2 GPS的地面控制部分

GPS地面控制部分。主要是由主控站、注入站、監測站組成，而主控站作為GPS的核心部分，主要是根據各個衛星所測量的數據分析衛星中修正參數與衛星星歷，同時并將這些參數傳遞到衛星中；注入站是將主控站所分析的數據傳遞到衛星數據中心；監測站是接收衛星發射的數據信息，并監測各個衛星的工作情況。

1.3 GPS用戶部分

GPS用戶部分主要是由數據分析軟件、接收機與計算機等組成，其主要作用是接收不同衛星所發射的數據信息，然后利用數據信息進行定位導航。

2　 GPS工程定位的原理

GPS定位系統主要原理是高軌測距，它是以觀測站到GPS衛星兩者之間的距離作為測量的基本量。在GPS測量定位時，為了得到高精度的觀測量，可以采用以下兩種方式：第一，可以通過測量衛星發射的信號傳輸到地表接收用戶所用的時間，再乘以信號傳輸速度則可得到偽測量距；第二，可以通過測量擁有多普勒頻移動的GPS衛星載波信號與用戶接收機產生的載波信號之間的相位差，計算出測量距。

研究發現，通過偽距觀測量定位速度較快，但是其精度與采用載波相位觀測量定位的精度低，在工程測量時采用4顆或4顆以上的衛星同時進行偽距測量則可計算出地面用戶接收機的三維位置。

3　 GPS在工程施工控制測量的優點

3.1衛星精度控制

衛星星歷的誤差控制主要根據區域性GPS跟蹤網鎖定衛星運行軌道。在地面的跟蹤站地心坐標誤差會對衛星軌道產生較大的誤差（可達到10倍）。因此，這就需要衛星軌道的精度達到2m，而跟蹤站的地心坐標精度要達到0.1m，并采用約束全球基站松弛衛星軌道的約束基準法以達到優于5cm的相對坐標值，這就可以滿足我國定軌道的需求。

3.2信號傳播誤差低

電離層延遲控制主要通過以下三種方法：第一根據電離層模型加以修正；第二，根據接收機的雙頻特性降低電離層的延遲；第三，以同步測量來降低誤差延遲。

3.3觀測誤差精度控制

利用標準光壓模型、ROCK4光壓攝動模型與多項式光壓模型可以實現1m定軌的基本需求。此外，可用附加隨機的過程參數或是對較長軌道運用一階三角多項式逼近非模型化的長期項影響,可以得到更為理想的結果,甚至是可以滿足到0.1～0.2m精度定軌的要求。

4　GPS測量在南水北調穿黃工程中的應用

南水北調穿黃工程施工控制測量是以已知首級控制網點為基準對布設的加密控制網點進行測量。在測量過程中采用GPS靜態測量法與大地測量法，并對這兩種測量方法的測量精度進行對比分析。

4.1控制網形

施工加密控制網采用首級控制網點（G08、王鋪、G07、劉莊）作為已知的控制基準點，然后根據南水北調穿黃工程的施工進度對首級控制網點進行加密，以滿足施工測量放樣的基本要求，如圖1所示，圖中的E01、E02、E03、E04為加密控制點。

圖1　施工加密控制網

4.2使用儀器、測量方法及結果

4.2.1大地測量法

使用儀器：2”型電子全站儀TopconGTS-602、干濕溫度計、氣壓計等。

測量方法：采用側邊網測量工程控制網，采用測距三角高程測量高程，而利用2”型電子全站儀TopconGTS-602按照測量規范的要求進行施工測量。在外業各項數據測量結束后進行修正各數據，再進行平差計算。

4.2.2GPS靜態測量

GPS靜態測量主要根據測量方案，將三臺Topcon Hiper GPS雙頻接收機對中調平，誤差不大于3mm，放置在設定的同步環上以進行同時接收衛星群發送的信號，以接收機靜態快速觀測，且以邊連接方式，同時進行大于4個衛星進行觀測，有效觀測衛星傾角為大于15度，觀測時間段數大于1.6，且每段時間長度為45min，直到將所有數據測量完畢。

表1　大地測量法與GPS測量法精度比較

5　 GPS工程測量的不足之處

5.1衛星星歷誤差

研究發現，星歷誤差是GPS測量過程中產生誤差的主要原因，若在測量前的定位精度小于1ppm時可以不考慮衛星星歷產生的誤差。在GPS實際應用過程中，由于監測站所監測過程中的誤差以及衛星受到其他外力的作用而導致所測量的衛星軌道出現一定程度的偏差，這就導致衛星的星歷出現誤差，其與實際位置之間存在一定的誤差。

5.2信號傳播誤差

5.2.1對流層與電離層折射的影響

對于電離層的影響主要是因為在電離層中，由于在太陽作用下分子之間發生了電離作用，這將導致衛星所發射的數據信號在空中傳輸途中出現一定程度的滯后，并引起GPS所測量的結果出現一些誤差.

5.2.2觀測誤差

GPS觀測的誤差還與天線的安置位置、精度有很大的關系，即天線的整平誤差、對中誤差以及測量天線高度誤差等，其誤差具體如表1所示。因此，在精密的定位當中，要應注意整平天線、仔細對中等基本操作。

5.2.3天線中心位置偏差

在GPS測量技術中，其測量值是由太空中的衛星與地面上接收機天線之間的距離，且天線的對中就是根據天線的幾何中心為標準的。這就需要天線的幾何中心與天線的相位中心相重合，可是，在天線的相位中心瞬時位置是根據數據信息的方向與強弱而發生改變，這就出現了在相位觀測時其中心位置會與理論上相位中心出現偏差。

6　結束語

綜上所述，GPS以其實時性、全天候、高精度的特點廣泛應用在工程測量中，提高了工程測量定位的精度，同時也確保了工程的順利施工。

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P2[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-195-2