GPS定位技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

張宏宇

摘要：GPS技術(shù)在測(cè)繪行業(yè)深入最早，也是精度最高的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)展至今，定位技術(shù)從載波相位相對(duì)測(cè)量定位技術(shù)到差分定位技術(shù)、再到廣域差分定位技術(shù)，其定位精度已達(dá)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)，作業(yè)方式也從原來的靜態(tài)測(cè)量到目前的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，從而大大提高了作業(yè)效率。本文論述了GPS定位技術(shù)在工程測(cè)量中應(yīng)用的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)處理。

關(guān)鍵詞：GPS;工程測(cè)量;優(yōu)缺點(diǎn);應(yīng)用

1 引言

GPS英文全名是“ Global Position System”，意為“全球定位系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS空間部分使用了二十四顆衛(wèi)星組成的星座，衛(wèi)星高度約20200公里，分布在六條升交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，每條軌道上均勻分布四顆衛(wèi)星，相鄰兩軌道上的衛(wèi)星相隔40度，使得地球任何地方至少同時(shí)可看到四顆衛(wèi)星。

目前，在工程測(cè)量中，為了保證控制測(cè)量和施工放樣的精度，滿足工程質(zhì)量要求，GPS定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工程施工測(cè)量中。GPS測(cè)量通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而求定測(cè)量點(diǎn)的空間位置，它具有全球性、全天侯、連績(jī)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間，而且具有良好的抗干擾性和保密性。現(xiàn)已成功應(yīng)用于工程測(cè)量、大地測(cè)量、物探測(cè)量、航空攝影測(cè)量及各種類型的變形監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域。本文主要對(duì)GPS定位技術(shù)在工程施工測(cè)量中的應(yīng)用做簡(jiǎn)要論述。

2 工程測(cè)量中應(yīng)用GPS定位技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)

2.1 GPS定位技術(shù)的基本原理

GPS定位的基本原理是根據(jù)幾何與物理的一些基本原理，利用空間分布的衛(wèi)星及其與地面點(diǎn)間距離來交會(huì)出地面點(diǎn)位置，從測(cè)量的角度來說，它與測(cè)距后方交會(huì)法相似。

2.2 GPS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

2.2.1 定位精度高。事實(shí)證明，用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位在小于50km的基線上可達(dá)1ppm;300～1500m工程精密定位中，平面位置誤差小于1mm（1h以上觀測(cè)）;實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）可達(dá)厘米級(jí)的精度。

2.2.2 觀測(cè)時(shí)間短。目前，20km以內(nèi)靜態(tài)相對(duì)定位的時(shí)間僅需15～20min快速靜態(tài)定位只需2min左右，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位每站觀測(cè)1～25s就可完成。

2.2.3 測(cè)站間無需通視。這是GPS技術(shù)區(qū)別于常規(guī)測(cè)量的最大優(yōu)點(diǎn)，尤其是布設(shè)長(zhǎng)大隧道施工控制網(wǎng)時(shí)，可省去大量的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測(cè)量，大大減少測(cè)量作業(yè)時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)也使選點(diǎn)布網(wǎng)變得非常靈活。

2.2.4 操作簡(jiǎn)便。GPS接收機(jī)自動(dòng)化程度非常高，外業(yè)觀測(cè)時(shí)，測(cè)量人員的任務(wù)只是安置儀器、連接線纜（一體化機(jī)則不需要）、量取天線高、開關(guān)機(jī)及監(jiān)視儀器工作狀態(tài)，野外測(cè)量工作輕松愉快。

2.2.5 全球全天候測(cè)量。目前衛(wèi)星數(shù)已達(dá)30顆，正常情祝下隨時(shí)都可以進(jìn)行測(cè)量定位。除雷電、臺(tái)風(fēng)天氣不宜觀測(cè)外，其它如陰天黑夜、起舞下雨均不影響，這一點(diǎn)也是常規(guī)測(cè)量所無法比擬的。

3 工程測(cè)量中應(yīng)用GPS定位技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)處理措施

3.1 GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)量中的優(yōu)點(diǎn)

相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來講，GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)量有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.1.1 觀測(cè)不需要通視，測(cè)量時(shí)選點(diǎn)靈活。不需要建立瞻標(biāo)，這樣可以大大減少測(cè)量觀測(cè)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。GPS技術(shù)設(shè)方格網(wǎng)，比常規(guī)方法適應(yīng)性更強(qiáng)，并且作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。

3.1.2 定位精度高，誤差分布均勻。GPS測(cè)量中，在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。一般雙頻接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm實(shí)踐證明，在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12x，而在100～500km的基線上可達(dá)～，不僅能夠滿足規(guī)范要求，而且具有較大的精度儲(chǔ)備。

3.1.3 觀測(cè)時(shí)間短。GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)，因其圖開強(qiáng)度系數(shù)高，能夠有效地提高點(diǎn)位趨近速度。采用布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在1～2h左右，其觀測(cè)時(shí)間只需1～2min。

3.1.4 抗干擾能力強(qiáng)，保密性好，可以實(shí)現(xiàn)全天候連續(xù)測(cè)量定位。GPS定位技術(shù)性能穩(wěn)定，可在任何地點(diǎn)進(jìn)行全天候工作，一般不受天氣狀祝的影響，大大方便了測(cè)量作業(yè)

3.1.5 自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便。定位系統(tǒng)可具有自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、自動(dòng)平差計(jì)算、跟蹤觀測(cè)等功能，操作簡(jiǎn)單，提高了工作效率。

3.1.6 采用GPS-RTK測(cè)量法與常規(guī)測(cè)量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)量中的缺點(diǎn)及相關(guān)處理措施

GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)量也存在不足之處，主要缺點(diǎn)和注意事項(xiàng)如下：

3.2.1 GPS測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)傳播，受環(huán)境的影響，計(jì)算時(shí)引入一定的誤差。因此，選待測(cè)點(diǎn)時(shí)一定要保證點(diǎn)位上空視角范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免有障礙物，向上角度≥15°;遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源和遠(yuǎn)離高壓輸電線路;避開大面積的水域。

3.2.2 在市政工程測(cè)量中，GPS測(cè)量常出現(xiàn)接收不到信號(hào)，或者一直處于浮動(dòng)狀態(tài)，出現(xiàn)假固定或者不能固定。因此，GPS在市政工程測(cè)量時(shí)，為保證工程測(cè)量控制點(diǎn)精度滿足要求，應(yīng)進(jìn)一步使用常規(guī)儀器進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)。

3.2.3 不同型號(hào)GPS工程測(cè)量成果之間存在差異。因此，GPS網(wǎng)在進(jìn)行平差計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：歸算至大地水準(zhǔn)面上、歸算到高斯投影面上。

3.2.4 GPS定位技術(shù)尚沒有統(tǒng)一規(guī)范。因此相關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步完善規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的地理信息標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

通過以上結(jié)論我們可以看到，GPS定位技術(shù)在工程施工測(cè)量中有其獨(dú)特的優(yōu)越性和適應(yīng)性，為工程測(cè)量質(zhì)量提供了有利的保障，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。隨著相關(guān)技術(shù)軟件的不斷發(fā)展改進(jìn)，GPS定位系統(tǒng)在工程測(cè)量中有著更加廣闊的應(yīng)用前景。

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