GPS在工程測量中的應用

摘要：工程測量是整個工程建設的關鍵環(huán)節(jié)之一，GPS技術在工程測量中的有效應用，很大程度提高了工程測量作業(yè)的效率。隨著研究的深入以及科學技術的發(fā)展，GPS 系統在工程測量中的應用呈現多元化。本文剖析了GPS技術在工程測量實際應用，并對其中存在的不足提出了相應的改進措施。

關鍵詞：GPS；工程測量；實際應用

引言

美國首先開始對 GPS 系統（全球定位系統）進行設計與研制，但僅用作軍事部門對海陸空進行高精度地導航與定位，因此更多體現出 GPS 系統的全天候、全球性、實時性、連續(xù)性導航與定位的功能，即就目標獲取精準的三維坐標。GPS技術在工程測量中的應用，是工程測量的重大技術革命。工程測量技術的完善，在于設備的引進和技術的改進。目前，在我國技術條件下，GPS技術在工程測量中的有效應用，具有積極的現實意義。

一、GPS 測量技術

GPS 定位技術具有精準度高、自動化程度高、潛力大的特點，因此倍受各國測量工作者的青睞。

研制初期，GPS定位僅具備靜態(tài)相對定位的作業(yè)模式，即待定點安裝≥2臺的 GPS 接收機，如此對某組衛(wèi)星進行≥1～2h 的連續(xù)同步觀測，隨后再對觀測數據進行后處理，并獲取待定點間的基線向量。實踐表明，若采用廣播星歷，那么靜態(tài)定位所獲取的基線解精度可達 5mm（雙頻）/10mm（單頻）+2*10-6D。隨著研究的深入，快速靜態(tài)定位逐步成為短基線測量作業(yè)的新突破，如此實現 GPS 測量效率的提高。實踐表明，在<10km 的短邊范圍內，兩組 GPS 測量系統（雙頻）對 4～5顆衛(wèi)星正常接收 5min 所獲取的基線解精度可達 5～10mm+1*10-6D，而此數據能夠與靜態(tài)定位≥1～2h 的結果相媲美。

二、GPS技術的特點

1、全天候作業(yè)

我國 GPS衛(wèi)星具有數目多、分布均勻的特點，可以在任何時間和地點進行連續(xù)觀測，不受天氣等自然條件的影響。

2、操作方便

高自動化和智能化，是目前 GPS測量技術的特點。在實際的工程測量中，使工程測量人員的工作量得到減輕。

3、測站之間無須通視

一直困擾測量學發(fā)展的難題就是觀測站之間通視問題，而GPS測量以實際需要為依據，進行具體點位確定時，具有無須通過觀測站之間通視的特點，使選點工作變得更加靈活和方便。

4、觀測時間短

在利用 GPS技術建立控制網時，每一個測站需要 30～40m in 的觀測時間。隨著 GPS技術不斷的完善，測站的觀測時間也會隨之逐漸縮短。如果利用快速靜態(tài)定位或動態(tài)定位的方法，每一個測站需要 20m in 觀測時間。

5、提供三維坐標

GPS技術，能夠對觀測站的平面位置和大地高程，進行精確的測定。

6、定位精度高

GPS的測量相比紅外儀，其精度大致相當。而隨著距離大增加，GPS測量的優(yōu)越性越發(fā)突出。大量的實驗證明，在 100km 到 500km 的基線上，相對定位精度可達 10-6～10-7，在小于 50 km 的基線上，相對定位精度可達 1.2×10-6。

三、GPS主要組成部分及測量原理

全球定位系統，是美國海陸空聯合研制的全天候、全球性、全方位實時三維導航與全方位定位能力的衛(wèi)星無限電導航系統。GPS全球定位系統主要由三大部分組成，即：GPS接收機（用戶設備部分）、地面支撐系統（地面監(jiān)控部分）、GPS衛(wèi)星（空間星座部分）。

測量中的距離交會定點原理，是實現 GPS測量技術定位的依據。在實際的工程測量中，可以假設在待測點設置 GPS接收機。GPS接收機在某一時段，會同時接收到 3 顆衛(wèi)星發(fā)出的信號。并通過對具體數據的處理和計算，可以得出在這一時段接收設備天線的中心與衛(wèi)星之間的距離。然后，根據衛(wèi)星星歷，便可以得出這 3 顆衛(wèi)星的三維坐標。

四、GPS技術在工程測量中的具體應用

1、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，它具有覆蓋面積較小、精度要求高、點位密度大等特點。而通過 GPS技術建立的工程控制網，在點位選擇上較靈活、定位精度高、費用低、作業(yè)效率高等等。其還可以應用于建立煤礦施工、變形監(jiān)測和工程首級控制網等。載波相位靜態(tài)差分技術是利用 GPS技術，建立工程控制網時最常用，它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。

2、GPS 技術變形監(jiān)測

GPS技術變形監(jiān)測，主要是用于監(jiān)測構筑物和建筑物的整體傾斜與地基沉降、位移的情況，如監(jiān)測高層建筑、大橋和水壩等。巨大的被測物體尺寸、復雜的監(jiān)測環(huán)境、高監(jiān)測技術等是這種監(jiān)測的工作特點。常規(guī)監(jiān)測方法是，采用水準測量來監(jiān)測地基的沉降，采用三角測量的方法，對整體的傾斜度和地基的位移，GPS技術在此領域具有廣泛的運用。

3、GPS-RTK 技術的運用

RTK 是基于載波相位觀測值的動態(tài)實時定位技術，它能實時地提供觀測站點在任意坐標系中的三維定位結果，其精確度能達到厘米級。測設放樣和測點定位是 RTK 系統應用的主要測量任務。在地質勘探測量中，各種性質的點都可以進行定位測量。在地形圖測量時，測點可根據需要定位新標記，也可是原先的境界標記。G PS-RTK的出現。為地形測圖、工程放樣以及種控制測量帶來了新的發(fā)展機遇，提高了野外作業(yè)的效率。

4、道路橫斷面測量

公路勘測過程，橫斷面的測量工作相當繁瑣，因為全站儀測量往往會受到通視條件的影響，而采用抬杠法定會降低測量精度。因此采用 GPS 測量既可提高橫斷面測量的精度以及速度，又可減少測量的工作量。下文就此測量方法的工作原理進行簡單介紹：第一步：求解出待測橫斷面的中樁Z 點的坐標以及中樁的切線方位角（αz），由此可知待測橫斷面的方位角（α）=αz+90°；第二步：沿著斷面特征點，采用RTK 流動站進行測量，由此判定該特征點的詳細位置，即求解出垂距（D）=（YP-YZ）cosα-（XP-XZ）sinα，若該特征點落到橫斷面，那么 D 的絕對值≤ε（自定義的精度指標），注意RTK 電子手薄能夠自動實現此判斷，而若點位落到橫斷面線，那么應計算出并記錄好該點到中樁 Z 點的高差以及平距，最后采用專業(yè)軟件便可繪制出橫斷面圖。

5、大比例尺地圖繪制

多數高等級公路選線選用大比例尺帶狀地形圖，比如 1：1000 或者 1：2000。眾所周知，傳統的測圖方法往往表現出速度慢、工作量大、花費時間長的特點，而采用實時 GPS 動態(tài)測量卻能夠有效規(guī)避上述缺點，即沿線各碎部點位置分別停留 1～2min，便可獲取對應點的高程以及坐標，此時再對點的屬性信息以及特征編碼進行輸入處理，便可獲取帶狀碎部點的數據，而最后僅需借助繪圖軟件成圖。

結束語

GPS技術在工程測量中的應用，改變了傳統的工程測量手段和作業(yè)方法。在工程測量中，有效利用 GPS技術，可以降低測量工作強度，同時也提高了測量精度和測量效率。當今，在 GPS實用軟件開發(fā)和應用基礎研究等方面，我國測繪人員取得的成果豐碩，為在工程測量中全面推廣 GPS技術，提供了技術保障。

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