GPS測量技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用研究

范欣 胡銳

（1.中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司 2.益陽東創(chuàng)投資建設(shè)有限責(zé)任公司）

GPS測量技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用研究

范欣1胡銳2

（1.中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司 2.益陽東創(chuàng)投資建設(shè)有限責(zé)任公司）

GPS測量技術(shù)因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)成為了工程測量中非常關(guān)鍵的應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)今GPS測量技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，并且在工程測量中的重要性逐漸增加。為了有效的完善各項(xiàng)工程測量準(zhǔn)確性和實(shí)用性，在GPS技術(shù)的應(yīng)用上和設(shè)置上應(yīng)該掌握合理的技術(shù)方法，從而能夠很好的發(fā)揮GPS在工程測量中的實(shí)際作用，因此本文通過對GPS測量技術(shù)進(jìn)行概述從它的的應(yīng)用特點(diǎn)和系統(tǒng)組成兩個方面進(jìn)行探討，從而深入的分析GPS測量技術(shù)在工程測量中的實(shí)際應(yīng)用。

GPS測量技術(shù)；工程測量；技術(shù)應(yīng)用

GPS的全稱為全球定位系統(tǒng)，它最早的產(chǎn)生在美國，是為了滿足國家軍事部門有效的對海上、陸地以及航空設(shè)施等的高精度導(dǎo)航和定位而研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS定位系統(tǒng)有其獨(dú)特的特性，它可以實(shí)現(xiàn)對觀測目標(biāo)的全天候和實(shí)時的定位，并且也不會受到自然氣候的限制，并且其觀測的范圍可以從廣闊的范圍精確到很小的區(qū)域，因此觀測的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。它通過為GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用用戶提供精確的三維動態(tài)定位來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的目標(biāo)定位的功能，所以GPS定位系統(tǒng)由于其特有的技術(shù)優(yōu)勢和保密的特性，如今在世界的范圍內(nèi)逐漸的發(fā)展起來，并且應(yīng)用的范圍也逐漸增加，由其是在大型的工程項(xiàng)目測量中應(yīng)用更為廣泛，為工程測量的數(shù)據(jù)提供了很好的準(zhǔn)確保障，因此為了使工程測量的工作更加準(zhǔn)確更有效率，就應(yīng)該不斷的改進(jìn)GPS測量技術(shù)，使GPS定位系統(tǒng)可以得到更好的實(shí)施。

1 GPS測量技術(shù)概述

近幾年因?yàn)镚PS定位系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)的精確性高和實(shí)時的自動化優(yōu)勢，使世界上越來越多的工程測量研究學(xué)者開始對其產(chǎn)生濃厚的研究興趣。因此GPS定位系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用得到了進(jìn)一步的改進(jìn)，原來GPS基本只有一個工作模式，通過將兩臺或多臺的GPS監(jiān)測器設(shè)置在特定的點(diǎn)上，通過對對同一的衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測（通常為1～2h或更長）來收集觀測的數(shù)據(jù)在進(jìn)行處理后，給出目標(biāo)觀測點(diǎn)的基線向量。所以成為靜態(tài)相對定位。今天隨著GPS應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展快速靜態(tài)定位的模式開始得到廣泛的運(yùn)用。從而極大的提高了GPS定位系統(tǒng)的工作效率。該模式可以通過一對GPS測量系統(tǒng)在10km以內(nèi)的短邊上，可以同時階段后4～5顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)，因此可以實(shí)現(xiàn)對觀測目標(biāo)的實(shí)時和全方位的觀測。因此通過不斷的技術(shù)研究GPS定位系統(tǒng)在工程測量的應(yīng)用將會更加廣泛，我們從具體的方面來分析GPS測量技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。

1.1 GPS系統(tǒng)的組成

從總體上來看GPS定位系統(tǒng)一共有兩個大方面的組成部分，分別是提供GPS定位范圍的空間衛(wèi)星群以及有效實(shí)行監(jiān)控的地面監(jiān)控系統(tǒng)。同時，除了這兩大系統(tǒng)組成部分之外，利用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行定位的用戶還應(yīng)該持有衛(wèi)星的接收設(shè)備。我們具體的分析來看：①空間衛(wèi)星群，主要是由24顆GPS的衛(wèi)星群組成，高度大約可以達(dá)到21萬km，并且24顆衛(wèi)星均勻的分布在6個軌道上，各平面之間的交角為60°，衛(wèi)星在軌道中的運(yùn)行周期為11h58min。②用戶的衛(wèi)星接受設(shè)備，通常包括GPS接收器和處理軟件，以及用戶的輔助設(shè)備，如計算機(jī)和氣象儀等。并且在工程測量中，隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS接受設(shè)備逐漸向便攜帶的、體積小、重量輕的方向發(fā)展。

1.2 GPS在工程測量中的應(yīng)用原理和優(yōu)勢

GPS是一種新型的觀測手段，在國際上得到廣泛的應(yīng)用，在交通運(yùn)輸、軍事研究、地質(zhì)勘探、工程建設(shè)等都得到了廣泛的運(yùn)用.在工程測量中，GPS應(yīng)用的基本原理，就是將兩臺或者兩臺以上的GPS接受器分別安置在測量基線的兩端，然后同步觀測相對應(yīng)的GPS衛(wèi)星。然后我們具體的分析GPS測量技術(shù)應(yīng)用的獨(dú)特優(yōu)勢。

1.2.1 GPS定位的精度較高

GPS定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的全方位定位，因此具有非常高的定位精度準(zhǔn)確性，這已經(jīng)成為了工程測量應(yīng)用人員的普遍共識，所以GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)才會得到廣泛的應(yīng)用，這主要是與它的高度精確性分不開的。通常情況下GPS接收器的基線解精度可以達(dá)到5mm+1×10d的負(fù)六次D，同時紅外儀器的標(biāo)稱為5mm+5×10的負(fù)六次D，由此可以看出GPS系統(tǒng)的測量精度和紅外儀的測量精度相差不多，并且隨著距離的不斷加長，GPS的測量數(shù)據(jù)的精確性將會更加凸顯。

1.2.2 GPS定位系統(tǒng)觀測的時間較短

當(dāng)GPS定位系統(tǒng)在工程測量中得到應(yīng)用時，通常都是運(yùn)用GPS系統(tǒng)來布設(shè)工程的測量網(wǎng)點(diǎn)的方法，來進(jìn)行測量，在每個布設(shè)的測量網(wǎng)點(diǎn)上通常需要觀測的時間僅為30～40min左右，所以測量觀測所花費(fèi)的時間較短，同時如果運(yùn)用快速靜態(tài)的GPS應(yīng)用的觀測方法，時間將會更加縮短。

1.2.3 GPS測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動化操作

運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行工程測量可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時的自動化，因此操作比較簡單，尤其是隨著技術(shù)手段的不斷提升，GPS接收器，更是逐漸向小型化和運(yùn)用簡單化發(fā)展，工程的觀測人員只需要將觀測的天線按對應(yīng)位置放好，然后量取天線的高度，在打開系統(tǒng)的電源就可以進(jìn)行自動的觀測。因此GPS除了可以定位觀測站的平面特性的位置之外還可以向用戶提供三維的立體坐標(biāo)。

2 GPS測量技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用

2.1 GPS在控制測量網(wǎng)時的方案運(yùn)用

在運(yùn)用GPS測量時要有具體的方案設(shè)計，并且要逐漸的實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計的優(yōu)化和實(shí)施，要嚴(yán)格的按照方案的計劃和要求進(jìn)行測量，在進(jìn)行GPS測量時要盡可能的保證視野的開闊，在15的高度角上保證沒有過多的障礙物，并且四周不能有電磁的干擾，在進(jìn)行GPS測量站的建設(shè)時，要充分考慮將測量站建設(shè)在電磁波反射比較強(qiáng)烈的地點(diǎn)，在靜態(tài)定位作業(yè)時要使用四顆以上的衛(wèi)星對測量目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行同步的定位，按照時段的周期性特征和時間段的長短來相應(yīng)的計算載波的結(jié)構(gòu)，并且要根據(jù)具體的定位圖形來描繪出一個封閉式的多邊形結(jié)構(gòu)。這樣可以有效的保證控制網(wǎng)的有效實(shí)施，提高整個控制網(wǎng)的精確度。具體的GPS控制網(wǎng)圖如圖1所示。

圖1 GPS在工程測量中的定位網(wǎng)圖

2.2 GPS在工程測量中的應(yīng)用要點(diǎn)分析

2.2.1 施工水準(zhǔn)點(diǎn)的控制測定

施工的水準(zhǔn)點(diǎn)是指每個一段距離所布設(shè)的高程布設(shè)網(wǎng)點(diǎn)，在GPS定位系統(tǒng)的工程測量技術(shù)沒有應(yīng)用以前，工程測量單位通常都采用傳統(tǒng)的放線測量的方法來確定水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)區(qū)域，但是如果一些工程沒有做到去實(shí)地考察就容易使工程的測量預(yù)算出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，從而使水準(zhǔn)點(diǎn)的測量的點(diǎn)距加大。水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)距離加大夠就會使測量的數(shù)據(jù)不能做到更加精確化，從而使測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。當(dāng)運(yùn)用GPS測量技術(shù)時，可以彌補(bǔ)這些誤差，通過GPS的接收器來實(shí)時的接收衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)信號，對水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)進(jìn)行控制，從而可以不斷的協(xié)調(diào)工程觀測的整體進(jìn)程。例如在公路工程施工的水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)時，可以通過GPS定位系統(tǒng)，傳達(dá)衛(wèi)星觀測的同步照片，對公路的建設(shè)路段和地勢特點(diǎn)來進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，從而可以具體的公路線中每隔200m就可以設(shè)置一個施工水準(zhǔn)點(diǎn)。

2.2.2 有效的控制測量

運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行工程測量工作，一共有兩個測量模式：①快速靜態(tài)定位模式，具體的作業(yè)方式是，把GPS設(shè)置在每一個流動站上。然后進(jìn)行靜止的觀測，然后加收同步衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，然后確定用戶站的三維目標(biāo)，當(dāng)確定的結(jié)果的計算達(dá)到一定的穩(wěn)定值，就能主確定觀測的精確值。②動態(tài)定位模式，在進(jìn)行測量時需要先靜止觀測數(shù)分鐘，然后流動站就可以按照事先采定的數(shù)據(jù)來進(jìn)行自動監(jiān)測。動態(tài)定位的模式的操作更為簡單。因此在進(jìn)行工程測量工作時，應(yīng)該根據(jù)工程監(jiān)測的具體要求來選擇用哪種監(jiān)測模式。一般在一些測量數(shù)據(jù)要求較高的工程中，如隧道建設(shè)工程、大型橋梁和建筑工程等，通常采用快速靜態(tài)定位的模式。而動態(tài)定位的模式通常用于公路工程的測量中，可以完成公路所處地形的測繪和公路各個側(cè)面的測量。因?yàn)楣窚y量的視野比較寬闊，一般不會有障礙物阻擋視野所以，整個測量不需要通視。

2.2.3 大比例尺的地圖繪制

運(yùn)用GPS定位可以對工程所處區(qū)域進(jìn)行比例尺的測繪工作，通常在工程施工之前，都需要事先測定工程區(qū)域的地形圖，以此掌握工程施工中可能受到的影響。運(yùn)用GPS動態(tài)測量的方法，可以準(zhǔn)確的獲取工程的整體概況數(shù)據(jù)，然后根據(jù)收集的數(shù)據(jù)利用繪圖軟件進(jìn)行地形圖繪制。具有非常明顯的數(shù)據(jù)采集效率高、速度快、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。

3 結(jié)語

隨著世界各項(xiàng)技術(shù)研究和應(yīng)用的快速發(fā)展，GPS定位技術(shù)將會得到進(jìn)一步完善，并且在應(yīng)用的范圍上也會更加廣泛，將GPS技術(shù)應(yīng)用到工程測量中，不僅極大的提高了工程測量的工作效率，同時也為工程的合理運(yùn)行提供了強(qiáng)大技術(shù)支持。

[1]楊雪樵.淺析GPS測量技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用[J].價值工程，2014（17）：109～110.

[2]韓璽波.GPS測量技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（22）：1508.

P228.4

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1673-0038（2015）24-0276-02

2015-4-27