GPS測量技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用

摘要：GPS發(fā)展到幾天，已經(jīng)走向成熟，即將進(jìn)入GPS創(chuàng)新階段，文章從GPS技術(shù)，本文分析了GPS測量技術(shù)公路工程中，最后對(duì)工程測量技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測，本文將重點(diǎn)探討一下GPS 在工程測量領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS測量技術(shù)；工程測量；應(yīng)用

引言：近年來，GPS技術(shù)因其自身的諸多優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工程測量過程中，運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行測量，不僅能夠擴(kuò)大測量的范圍，同時(shí)能夠提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(shù)是傳統(tǒng)的測量技術(shù)和現(xiàn)代技術(shù)的完美結(jié)合，體現(xiàn)了測量技術(shù)的飛速發(fā)展。

1 GPS測量技術(shù)概述

全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成，其具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術(shù)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(lǐng)域得到了應(yīng)用，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開了研究并得到廣泛應(yīng)用。而一直以來我國普遍運(yùn)用常規(guī)的傳統(tǒng)技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)工程測量，例如用水準(zhǔn)儀、全站儀以及測距器來定位工程的控制網(wǎng)，隨著科技的進(jìn)步以及工程測量的發(fā)展，GPS技術(shù)以其諸多優(yōu)勢，正逐步替代傳統(tǒng)的測量工具。

2 GPS的構(gòu)成

2.1 測量原理

GPS系統(tǒng)主要是采用高軌測距，其基本觀測量為觀測站至GPS衛(wèi)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(wèi)星所發(fā)射的測距碼信號(hào)到達(dá)用戶接收器所用的傳播時(shí)間，其測量定位速度非常快。

2.3 用戶設(shè)備

GPS 用戶設(shè)備由GPS 接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備等組成。GPS 接收機(jī)可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號(hào)，跟蹤衛(wèi)星的運(yùn)行，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行交換、放大和處理，再通過計(jì)算機(jī)和相應(yīng)軟件，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差，求出GPS 接收機(jī)中心（測站點(diǎn)）的三維坐標(biāo)。

3 GPS測量技術(shù)的優(yōu)勢

相對(duì)于常規(guī)的測量方法來講，GPS測量有以下優(yōu)勢。

3.1全天候作業(yè)

GPS技術(shù)是采用多衛(wèi)星分布系統(tǒng)，可以覆蓋到每一個(gè)角落，進(jìn)行不間斷全天候作業(yè)，這樣就能夠?qū)λ栌^測的對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，為工程測量提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。但是需要注意的是，在雷雨天氣情況下，盡量不要進(jìn)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(zhǔn)確性，而GPS系統(tǒng)屬于全球定位系統(tǒng)，因此說在進(jìn)行工程測量時(shí)，不需要測站之間的通視，強(qiáng)大的系統(tǒng)可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行定位，這樣不但操作靈活，還能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3定位準(zhǔn)確

工程的測量需要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和定位的精確性，這就需要有較高精確度的定位系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)踐證明，GPS系統(tǒng)的定位精度很高，在50千米的距離內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，相對(duì)定位精度能夠達(dá)1×10-6，并且隨著觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，其定位的準(zhǔn)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(shí)間短

隨著技術(shù)的提高，在15千米范圍內(nèi)的快速靜態(tài)對(duì)象，可實(shí)現(xiàn)1分鐘觀測完畢，這樣短時(shí)間的觀測速度，能夠節(jié)省下不少時(shí)間，使工程測量更加便捷。

4 GPS測量技術(shù)的不足

4.1變形監(jiān)測的一次性投入成本和長期監(jiān)測運(yùn)行成本較高，高程精度不象水準(zhǔn)測量那樣容易達(dá)到監(jiān)測度要求，而且組織復(fù)雜。

4.2高程測量時(shí)應(yīng)用GPS定位技術(shù)不能直接得到地面點(diǎn)的正常高，而只能得到大地高，確定地面點(diǎn)的正常高，必須要知道地面點(diǎn)的高程異常，這就限制了GPS技術(shù)在高程測量方面的作為。

4.3碎部測量與放樣時(shí)，高大的建筑物會(huì)遮擋GPS信號(hào)，使得觀測值產(chǎn)生周跳，破壞了整周計(jì)數(shù)的連續(xù)性，需要重新確定初始周未知數(shù)。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(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，將造成記錄的支離破碎，影響成圖精度甚至?xí)l(fā)生錯(cuò)誤。

4.4建立工程控制網(wǎng)時(shí)一些帶有隱蔽性和遮擋性地區(qū)無法使用或不便使用GPS技術(shù)。如在進(jìn)下地下工程、隧道控制測量中地面首級(jí)控制網(wǎng)可以采用GPS技術(shù)，在地下施工控制方案中卻無法采用，因?yàn)榈叵聸]有GPS信號(hào)。在森林中布設(shè)控制網(wǎng)，如果道路較窄而道路兩旁的樹木茂盛，GPS信號(hào)就會(huì)被樹木遮擋而呈現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)，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(yīng)用

5.1帶RTK的碎部測量與放樣

RTK技術(shù)，即載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站載波相位觀測量的差分方法。RTK系統(tǒng)由兩部分組成：基準(zhǔn)站（坐標(biāo)已知）和移動(dòng)站（用戶接收機(jī)）。其基本原理是：將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)基準(zhǔn)站的差分信息進(jìn)行求差解算用戶位置坐標(biāo)。RTK技術(shù)可應(yīng)用于測繪地形圖、地籍圖，測繪房地產(chǎn)的界址點(diǎn)，平面位置的施工放樣等。采用RTK技術(shù)測圖時(shí)僅需一人進(jìn)行。將GPS 接收機(jī)放在待定的特征點(diǎn)上1、2 秒鐘，同時(shí)輸入該特征點(diǎn)的編碼即可。把一個(gè)小區(qū)域內(nèi)的地形、地物特征點(diǎn)測定后傳入計(jì)算機(jī)，由專業(yè)成圖軟件、在人工適當(dāng)?shù)母深A(yù)下，形成所要的成果圖。采用RTK技術(shù)進(jìn)行放樣，標(biāo)定界標(biāo)點(diǎn)，是坐標(biāo)的直接標(biāo)定，不像常規(guī)放樣那樣，需要后視方向、用解析法標(biāo)定，因而簡捷易行。

5.2 區(qū)域差分網(wǎng)下的碎部測量與放樣

區(qū)域性GPS差分系統(tǒng)下的碎部測量與放樣，是基于區(qū)域GPS差分網(wǎng)進(jìn)行的。區(qū)域差分與RTK單基點(diǎn)載波相位差分的原理相似，不同的是區(qū)域差分的基準(zhǔn)站往往多于1個(gè)，多基準(zhǔn)站組成基準(zhǔn)，基準(zhǔn)網(wǎng)提供各個(gè)基準(zhǔn)站的差分信息，用戶接收機(jī)根據(jù)自己的位置確定各基準(zhǔn)站差分信息的權(quán)，按非等權(quán)平差后形成自己的差分改正數(shù)，實(shí)現(xiàn)差分定位。

5.3變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要是監(jiān)測像大橋、水庫大壩、高層大樓等建筑物、構(gòu)筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況。監(jiān)測工作的特點(diǎn)是被監(jiān)測體的幾何尺寸大，監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測技術(shù)要求高。常規(guī)的監(jiān)測技術(shù)是應(yīng)用水準(zhǔn)測量的方法，監(jiān)測地基的沉降；應(yīng)用三角測量（或角度交會(huì)）的方法，監(jiān)測地基的位移和整體的傾斜。GPS技術(shù)在該領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

5.4建立工程控制網(wǎng)

整個(gè)工程管理、日常維護(hù)和建設(shè)的基礎(chǔ)工作是工程控制網(wǎng)，其具有覆蓋面積較小、精度要求高、點(diǎn)位密度大等特點(diǎn)。常規(guī)的方法最常見的就是采用邊角網(wǎng)，而通過GPS 技術(shù)建立的工程控制網(wǎng)，具有很大的優(yōu)勢，如在點(diǎn)位選擇上較靈活、定位精度高、費(fèi)用低、作業(yè)效率高等等。其還可以應(yīng)用于建立煤礦施工、變形監(jiān)測和工程首級(jí)控制網(wǎng)等。載波相位靜態(tài)差分技術(shù)是利用GPS 技術(shù)建立工程控制網(wǎng)時(shí)最常用的，其具有使精度達(dá)到毫米級(jí)的作用。由于工程一般具有橫向很窄、縱向很長的特點(diǎn)，利用傳統(tǒng)三角鎖導(dǎo)線方法，誤差累計(jì)較大。而利用具有測點(diǎn)之間無須通視特點(diǎn)的GPS 技術(shù)，鋪設(shè)GPS點(diǎn)較長，可以使長距離線路坐標(biāo)控制的一致性得到有效的保持。

6 結(jié)束語

總之，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)正在向現(xiàn)代化以立體為特征的測繪科學(xué)技術(shù)體系轉(zhuǎn)變。整個(gè)測繪行業(yè)無論從技術(shù)上、設(shè)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(shí)間、空間和通視條件的限制性，而GPS全球衛(wèi)星系統(tǒng)利用其獨(dú)特的優(yōu)勢，達(dá)到全天候采集，充分顯示了它在該領(lǐng)域?qū)嶋H測量工作中比常規(guī)控制測量具有更大的優(yōu)越性和適應(yīng)性。相信，隨著該技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，GPS 定位技術(shù)在工程測量中將得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓艷榮.GPS技術(shù)在現(xiàn)代化測量中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，（07）.

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