GPS系統(tǒng)在房屋工程控制測(cè)量中的運(yùn)用

李遠(yuǎn)河

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局265大隊(duì),江西鷹潭 335000)

GPS系統(tǒng)在房屋工程控制測(cè)量中的運(yùn)用

李遠(yuǎn)河

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局265大隊(duì),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(jī)、汽車以及機(jī)器人等的導(dǎo)航,還應(yīng)用在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空測(cè)量和海洋測(cè)繪等領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)單介紹了GPS系統(tǒng)的原理及其優(yōu)點(diǎn),并對(duì)其在房屋工程控制測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

GPS系統(tǒng) 原理 房屋 工程測(cè)量

1 GPS系統(tǒng)原理

Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)），簡(jiǎn)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]。空間部分的多個(gè)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(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)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(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是整個(gè)系統(tǒng)的中樞。用戶是指所有使用接收機(jī)完成授時(shí)、定位等服務(wù)的整體[2]。接收機(jī)由主機(jī)、電源和天線組成，主機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)管理，能夠檢查、報(bào)警和排除部分故障;天線用來(lái)采集衛(wèi)星信號(hào);電源為主機(jī)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(shí)坐標(biāo)以及GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線支架的距離觀測(cè)量，來(lái)確定用戶接收機(jī)即觀測(cè)站的位置。根據(jù)測(cè)量學(xué)中的后方交會(huì)原理，理論上一個(gè)觀測(cè)站有3個(gè)獨(dú)立的距離觀測(cè)量即可計(jì)算出其所在的位置。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，必須至少同時(shí)觀測(cè)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(shí)際觀測(cè)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(jìn)行確定和修正，而接收機(jī)的鐘差則不能，因此只能作為一個(gè)未知參數(shù)一并求解，這就要求只能再增加一顆觀測(cè)衛(wèi)星，即利用4顆衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這樣才能使所有4個(gè)未知參數(shù)全部求解出來(lái)。

2 GPS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 定位精度高

GPS系統(tǒng)的精度要比普通測(cè)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(diǎn)更加突出。GPS基線向量的相對(duì)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(cè)量方法。

2.2 測(cè)量時(shí)間短

GPS系統(tǒng)在進(jìn)行一般等級(jí)的測(cè)量時(shí)觀測(cè)時(shí)間一般為1-2個(gè)小時(shí)，甚至更短。另外，GPS測(cè)量時(shí)不像常規(guī)測(cè)量方法那樣只有實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)與點(diǎn)之間的通視才能進(jìn)行測(cè)量，只需各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)能接收到衛(wèi)星信號(hào)即可。因此在測(cè)量中可以避免很多中間過程，方便測(cè)量，使測(cè)量時(shí)間更短。

2.3 對(duì)工作條件的適應(yīng)性強(qiáng)

GPS系統(tǒng)對(duì)工作條件的適應(yīng)性很強(qiáng)，不受時(shí)間、地點(diǎn)和天氣等條件的限制。即無(wú)論任何位置：天空、海上還是陸地;任何時(shí)間：白天還是黑夜，或者一年四季各時(shí)節(jié);無(wú)論天氣如何：晴好、風(fēng)霧還是雨雪，GPS都能進(jìn)行定位、授時(shí)等服務(wù)，保證用戶無(wú)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(cè)、處理等過程都實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化，觀測(cè)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(dòng)完成的，無(wú)需大量人力和技術(shù)，操作方便，同時(shí)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(cè)量中的應(yīng)用

3.1 技術(shù)設(shè)計(jì)

在房屋工程測(cè)量中，GPS系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)不僅要符合合同書上的技術(shù)要求，而且也要符合國(guó)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(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式及邊點(diǎn)混合連接等多種方式[3]。在實(shí)際中，要根據(jù)房屋周圍測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，選擇合適的GPS系統(tǒng)網(wǎng)型。在控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(cè)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(cè)計(jì)劃方面，可根據(jù)GPS衛(wèi)星的預(yù)報(bào)圖和幾何圖形的強(qiáng)度，選擇最好的觀測(cè)點(diǎn)和最佳的觀測(cè)時(shí)間。

3.2 外業(yè)施測(cè)

GPS在房屋工程測(cè)量中，選點(diǎn)時(shí)要去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量并根據(jù)布設(shè)網(wǎng)型進(jìn)行實(shí)地選點(diǎn)。選點(diǎn)時(shí)，不僅要符合GPS的觀測(cè)要求，還要避免信號(hào)被減弱或干擾，遠(yuǎn)離干擾源，避開高壓線，以保證觀測(cè)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(diǎn)要布設(shè)在開闊的區(qū)域，遠(yuǎn)離大面積水域，防止信號(hào)被遮擋或吸收。另外，點(diǎn)位要利于安全作業(yè)、長(zhǎng)久保存。在選點(diǎn)和埋標(biāo)之后，根據(jù)安排和計(jì)劃進(jìn)行觀測(cè)，在觀測(cè)之前要做好觀測(cè)準(zhǔn)備，檢驗(yàn)觀測(cè)儀器，查閱衛(wèi)星預(yù)報(bào)表，選擇最佳觀測(cè)時(shí)間，根據(jù)要求制定工作計(jì)劃、人員調(diào)度表等。在觀測(cè)時(shí)采用靜態(tài)相對(duì)定位模式，要盡量增加多余的觀測(cè)基線，使GPS網(wǎng)有多余的觀測(cè)，從而提高GPS觀測(cè)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(cè)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(gè)階段。GPS基線向量是GPS同步觀測(cè)的直接結(jié)果，它表示了測(cè)站與測(cè)站之間的坐標(biāo)增量?；€解算一般采用差分觀測(cè)值，其中雙差觀測(cè)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(shí)數(shù)解，然后將未知數(shù)固定成整數(shù)，再進(jìn)行平差解算，得出基線向量的最終解。基線解算可以得到測(cè)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(diǎn)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(yǔ)

在房屋工程控制測(cè)量中，GPS系統(tǒng)因?yàn)槠渚哂卸ㄎ痪雀摺y(cè)量時(shí)間短、對(duì)工作條件的適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)建設(shè)工期的縮短、成本的降低和靈活設(shè)計(jì)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(cè)量手段，在多種控制測(cè)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(huì)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(cè)量中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2010,09：111.

[2]孫蕾.GPS系統(tǒng)在房屋建設(shè)測(cè)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(cè)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(cè)量中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2013,12：100-101.