GPS測(cè)量技術(shù)的具體問題的分析

趙喜周 倉(cāng)旭日

（中牟縣天宇規(guī)劃測(cè)繪隊(duì)，河南 中牟 451450）

GPS測(cè)量技術(shù)的具體問題的分析

趙喜周 倉(cāng)旭日

（中牟縣天宇規(guī)劃測(cè)繪隊(duì)，河南 中牟 451450）

GPS即全球定位系統(tǒng)，它是近些年才發(fā)展起來的測(cè)繪新技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS定位技術(shù)越來越成熟，并且逐步應(yīng)用到測(cè)繪的很多領(lǐng)域，其在工程測(cè)繪中的應(yīng)用也得到了很快地發(fā)展。這是因?yàn)镚PS有著很多傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)沒有的優(yōu)勢(shì)，其全天候、高精度、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)在工程測(cè)繪當(dāng)中發(fā)揮著重要作用。以GPS測(cè)量技術(shù)為例，介紹了GPS測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，論述了GPS測(cè)量技術(shù)的廣泛應(yīng)用，同時(shí)對(duì)GPS在工程測(cè)量中的問題及對(duì)策進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，以期提高測(cè)量效果。

工程測(cè)量；GPS；優(yōu)勢(shì)；應(yīng)用

0 前言

GPS是Global Poaitioning System的簡(jiǎn)稱——即全球定位系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在需要的位置點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻同時(shí)接收了三顆以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標(biāo)）。

1 GPS測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 測(cè)站之間無(wú)需通視

GPS工程測(cè)量對(duì)各個(gè)測(cè)站間的要求很簡(jiǎn)單，相互之間不需要通視，僅要注意測(cè)站的上部空間需開闊，以保障GPS系統(tǒng)在接收衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)不被干擾。也正是由于這個(gè)特點(diǎn)為測(cè)量工程節(jié)省了大量的造標(biāo)費(fèi)用。因?yàn)楦鱾€(gè)測(cè)站無(wú)需通視，點(diǎn)位的選擇就很靈活、方便，可以根據(jù)具體工程的需要來選擇位置，省去了大地網(wǎng)測(cè)量中的過渡點(diǎn)、傳算點(diǎn)的測(cè)量工作。

1.2 定位精度高

一般的雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，紅外儀的精度則為5mm+5ppm，GPS測(cè)量出的精度相當(dāng)于紅外儀的精度，但距離越長(zhǎng)，GPS測(cè)量的精度優(yōu)勢(shì)就越明顯。在各種應(yīng)用實(shí)踐中證明，GPS相對(duì)定位精度在 50km以內(nèi)時(shí)，可以達(dá)到10～6，GPS相對(duì)定位精度在100km～500km時(shí)，可以達(dá)到10～7，GPS相對(duì)定位精度在1000km時(shí)，可以達(dá)到10～9。而在300m～1500m的工程精密定位測(cè)量過程中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解，其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定的邊長(zhǎng)比較，其邊長(zhǎng)較差最大為0.5mm，校差中誤差為0.3mm。

1.3 觀測(cè)時(shí)間短

在布設(shè)GPS控制網(wǎng)時(shí)，各個(gè)測(cè)站的觀測(cè)時(shí)間大概是30min～40min，如果應(yīng)用快速靜態(tài)定位方法，其觀測(cè)的時(shí)間會(huì)更短。若是應(yīng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法（RTK-Real-time kinematic）能在5s內(nèi)求得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。

1.4 操作簡(jiǎn)便

GPS測(cè)量系統(tǒng)接收機(jī)也在不斷的改進(jìn)、完善，其自動(dòng)化的程度也在逐步提高：接收機(jī)的體積越來越小，重量越來越輕，這在很大程度上減輕了外業(yè)測(cè)量人員的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。而今GPS接收機(jī)已趨向于小型化和操作簡(jiǎn)便化，測(cè)量工作人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高、打開電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)，利用各種數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。另外，GPS觀測(cè)工作在一天之中的任一時(shí)間都可以進(jìn)行，各種惡劣天氣、氣候情況對(duì)它的影響不是很大。

2 GPS測(cè)量技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的具體應(yīng)用

相對(duì)落后的工程測(cè)量技術(shù)都是由工作人員進(jìn)行實(shí)地操作，不管是什么施工環(huán)境都需要親身實(shí)踐，這種方式在非常復(fù)雜的地理環(huán)境中很容易發(fā)生事故，危及測(cè)量人員的生命安全，造成重大損失。

然而GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下描繪出模擬工程現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境，呈現(xiàn)一幅清晰的、逼真的三維圖像，利用這些相關(guān)數(shù)據(jù)信息，能夠制定出科學(xué)合理的工程測(cè)繪流程，能夠明確在工作中可能遇到的困難和故障，做好充分的前期準(zhǔn)備工作，以避免人員傷亡以及不必要的損失，GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠高效的完成工程測(cè)量工作，并且能夠保證測(cè)量方案的可操作性、技術(shù)性以及安全性。

2.2 GPS定位技術(shù)的具體應(yīng)用

在工程測(cè)量中需要將觀測(cè)對(duì)象進(jìn)行多角度的定位才能準(zhǔn)確掌握相關(guān)信息，而這就用到了GPS定位技術(shù)，它將結(jié)合幾何學(xué)的知識(shí)以及物理學(xué)相關(guān)內(nèi)容，通過太空中的衛(wèi)星測(cè)量以及地面的接受設(shè)備進(jìn)行精確的、全方位的考察。如今在工程測(cè)量領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的GPS定位技術(shù)大致可分為兩種，分別是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對(duì)定位，其中動(dòng)態(tài)相對(duì)定位主要是利用載波相位測(cè)量，這種技術(shù)需要一個(gè)比較精確的控制點(diǎn)作為工程測(cè)量工作中的控制基站，對(duì)觀測(cè)對(duì)象施行動(dòng)態(tài)的連續(xù)觀測(cè)，這有這樣才能確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性；而靜態(tài)相對(duì)定位是通過多個(gè)地面接收裝置通時(shí)對(duì)觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，最后由專門工作人員對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。一般情況下GPS系統(tǒng)都是由24顆衛(wèi)星構(gòu)成的，它們圍繞地球進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，在不受周圍建筑的影響下，10°以上的水平角能夠收到七個(gè)衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，由于較高的物體會(huì)對(duì)信號(hào)的傳播造成一定的阻礙，因此有時(shí)將慣性導(dǎo)航技術(shù)以及GPS定位技術(shù)結(jié)合起來，能夠發(fā)揮更強(qiáng)大的測(cè)量效果。

2.3 在測(cè)量施工水準(zhǔn)點(diǎn)中的具體應(yīng)用

工程建設(shè)單位大多采用的是比較落后的水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)，在準(zhǔn)確度以及嚴(yán)密性上存在很大不足，因?yàn)榧夹g(shù)缺陷造成的失誤也時(shí)常發(fā)生，因此很多施工單位將水準(zhǔn)點(diǎn)制定在100米和500米之間，這樣距離較遠(yuǎn)同樣也會(huì)給施工帶來很多麻煩。但是通過GPS測(cè)量技術(shù)就可以確定水準(zhǔn)點(diǎn)的范圍，能夠更好的保障施工建設(shè)，提高其工作效率。

3 GPS測(cè)量技術(shù)存在的突出問題及解決對(duì)策

3.1 測(cè)站點(diǎn)的選擇

要進(jìn)行嚴(yán)格的選址，排除周圍障礙物的阻擾，保證所有物體的高度角都在10°以下，才能確保信號(hào)不被反射，而造成傳遞路徑的誤差；除了需要一個(gè)較為開闊的地理位置以外，在測(cè)站點(diǎn)選擇的時(shí)候，還應(yīng)該注意其上空的情況，要盡量保證高度角在10°到15°范圍內(nèi)沒有障礙物，以確保信號(hào)發(fā)播、傳送的正常運(yùn)行；同時(shí)還要在測(cè)站點(diǎn)附近200米以內(nèi)不能夠有干擾電磁波的物體存在，例如大功率的無(wú)線電發(fā)射裝置和高壓書輸電線等，避免電磁波對(duì)衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生干擾。

3.2 GPS網(wǎng)進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇

要充分運(yùn)用GPS的定位成果，要將聯(lián)測(cè)點(diǎn)的總數(shù)多于三個(gè)，并且進(jìn)行精確的分布，否則有可能會(huì)導(dǎo)致定位結(jié)果產(chǎn)生扭曲。因此，基準(zhǔn)點(diǎn)的科學(xué)選擇是確保GPS能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析的關(guān)鍵。到2012年我國(guó)已建成A、B兩個(gè)級(jí)別的高精度GPS網(wǎng)，但是由于覆蓋的密度相對(duì)比較小，而沒有得到廣泛的使用，所以在進(jìn)行工程測(cè)量的時(shí)候要以國(guó)家的大地點(diǎn)作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)的依據(jù)，以保證基準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確度。

3.3 基線的解算

（1）在天空中的對(duì)流層或者電離層對(duì)電磁波的折射作用太強(qiáng)，這樣很容易改變?cè)瓉淼膫鬏斅窂?，所以可以通過刪除低高度觀察的數(shù)據(jù)信息，來避免與對(duì)流層以及電離層之間的影響，將觀察對(duì)象提高到高度角。（2）GPS衛(wèi)星觀測(cè)的時(shí)間比較短，在進(jìn)行結(jié)算基線的過程中，為了保證信息的可靠性，要盡量刪除觀測(cè)時(shí)間較短的衛(wèi)星所保留的相關(guān)數(shù)據(jù)。（3）多路徑效應(yīng)，這種現(xiàn)象會(huì)使觀測(cè)值失去使用價(jià)值，可以采用刪除多路徑效應(yīng)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息。（4）基線起點(diǎn)的坐標(biāo)會(huì)發(fā)生偏移，在實(shí)際工程測(cè)量中，將準(zhǔn)確度高的點(diǎn)作解算的起點(diǎn)。最后是衛(wèi)星周跳問題，最好的解決方法就是刪除衛(wèi)星周跳時(shí)期的數(shù)據(jù)信息，來確保觀測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，GPS測(cè)量技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠減輕技術(shù)測(cè)量人員的工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化工程測(cè)量，但是其自身也具有一定的缺陷，這就要求工作人員在實(shí)際應(yīng)用中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，充分發(fā)揮GPS測(cè)量技術(shù)的使用價(jià)值。

劉展］