GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

曹陽

摘要：GPS在工程測量中運用廣泛。本文對GPS技術(shù)進行了介紹，分析了GPS技術(shù)應(yīng)用于測繪的原理，提出GPS的應(yīng)用實例，指出了筆者的一些看法和建議。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；工程測量；基準點

1 GPS技術(shù)概述

GPS技術(shù)用于工程測量最基本的原理是利用測距交會定點的相關(guān)知識進行測量。假設(shè)在待測點放置接收機，它在某時同時觀察到了至少三顆衛(wèi)星的信號，這三顆衛(wèi)星分別是A，B，C，通過對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理得到接收機的天線中心到達三顆衛(wèi)星的距離L1，L2，L3，三顆衛(wèi)星當時的坐標（Xi，Yi，Zi），i=l，2，3。這樣根據(jù)簡單的方程計算公式就可以得到待測點的坐標（X，Y，Z）。最初GPS的工作模式只是簡單的相對定位，即放置兩臺或者更多接收機在待定點上，同步連續(xù)觀測相同的一組群衛(wèi)星一小時以上，通過對數(shù)據(jù)的處理和衛(wèi)星星歷的幫助，可以得到待測點間的基線向量，從而取得基線精度5mm+1×10-6D，使用雙頻接收機或者10mm+2×10-6D，使用單頻接收機。后來隨著GPS定位測量技術(shù)在應(yīng)用中的不斷完善，出現(xiàn)了諸如靜態(tài)快速定位，動態(tài)RTK定位，也被稱為GPS全站儀等新方法。

新出現(xiàn)的GPS RTK技術(shù)的原理是將基準站將所在的坐標，接收的衛(wèi)星信號，實時載波相位觀測值等信息發(fā)送給流動站，流動站根據(jù)基準站的信息和衛(wèi)星信號，通過載波相位的分析得自身和基準站的基線向量，流動站的各個點坐標，再將這些信息轉(zhuǎn)化為高程等有用信息。一般進行GPS工程測量需要準備的設(shè)備簡單，基準站部分需要有GPS接收機，一些計算軟件和發(fā)射電臺，流動站部分需要GPS接收機，計算軟件，接收電臺，對中桿和電子操作手簿。

2 GPS測量的應(yīng)用

2.1靜態(tài)快速定位

這種情況下GPS接收機在流動站上靜止的觀測，在接收衛(wèi)星的數(shù)據(jù)同時接收基準站的同步觀測數(shù)據(jù)，通過計算軟件實時得到自己站點的三維坐標，整周未知數(shù)，如果實時結(jié)果逐漸變得穩(wěn)定，精度滿足測量設(shè)計要求就可以結(jié)束觀測。如果采用常規(guī)的測量方法，在野外等自然條件不好的地方會受到比較大的影響，但是GPS快速靜態(tài)測量卻可以改變這個現(xiàn)狀。一對GPS雙頻測量系統(tǒng)在短邊，短是指長度在十千米以，只需要五分鐘左右就能正常接收四到五顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，得到5～10ram+1×10—6D的基線精度，這樣的精度與靜態(tài)定位一兩個小時的結(jié)果相似。在實際的測量工作，尤其是工程控制網(wǎng)測量的過程中，GPS技術(shù)完全可以勝任控制點加密的工作?？刂凭W(wǎng)測量中要先建立控制點，加密控制點。加密控制點這個過程用全站儀實施時必須要通視，而且測量的精度和結(jié)果不能及時的傳遞給外業(yè)。使用靜態(tài)GPS相對定位測量就可以避免了通視這個難題，而且用時短精度高，通過與其他的測量方法配合還可以測量加密之后的復(fù)合導(dǎo)線。

2.2動態(tài)RTK GPS定位

此種方法下，在進行測量前流動站需要首先靜止觀測一段時間，完成初始化。初始化后解的類型從浮點解變成了固定解，精度是厘米級，流動站就可以按照之前定好的采樣間隔實時自動觀測，同時接受基準站的觀測數(shù)據(jù)從而確定控制點的三維位置，在這個過程中要注意高程值，如果有變化較大，則可能是初始化丟失。這種定位方法精度較高，在工程測量過程中發(fā)揮了深遠的作用，不僅可以用地形圖測繪，還可以用于普通方法難以完成的橫斷面，縱斷面測量。在放樣的過程中，需要用棱鏡或者全站儀在放樣點與測站點通視，把設(shè)計圖上的高程和設(shè)計坐標在實際中標出。但是在實際測量中，控制點不一定在放樣點附近，這就需要引點，加大了工作量。RTK技術(shù)很好的解決了這個問題，因為只要把設(shè)計圖上的坐標輸入到電子操作手簿中，就能根據(jù)GPS接收器的顯示找到放樣點，節(jié)約了時間和人力。RTK技術(shù)的精度高，放樣點的誤差之間不會累計不互相影響，因此能夠保障工程測量的質(zhì)量。

在地形測圖中，RTK也以其較高的精度發(fā)揮了重要作用。所謂地形測圖，就是利用全站儀收集地貌碎部點和地形信息，通過軟件制成圖，這個過程也需要測站點與地物碎部點通視。RTK動態(tài)測量只需一個人設(shè)立基準站，一個人帶著儀器到地物碎步點插穩(wěn)對中桿，通過輸入特征編碼記錄信息。在精度合格的條件下，測定地形，地物后將電子手簿中的數(shù)據(jù)傳人電腦，由軟件制圖，快捷簡單。

3 GPS技術(shù)應(yīng)用過程中的要點

3.1基準站的選擇

在使用RTK的過程中，首先需要得到基準站坐標，這個過程中可以采用多個多個已知定位點的方法，通常情況下會用兩個已知定位點?；鶞收疽话惴胖迷跍y量條件好的位置上，通過流動站測出已知點的坐標，之后通過后方交會的方法，就得到了基準站坐標。如果要放樣公路邊線，還需要再進行計算和定向。

3.2測站點的選擇

在進行控制測量的過程中，測站點應(yīng)該選擇開闊的地方，旁邊沒有高角度大于十度的障礙物，這樣GPS才能順利的接收到衛(wèi)星信號。另外應(yīng)該遠其他電磁波的干擾，在測站點二百米的范圍內(nèi)不能有高壓電線或者無線電發(fā)射器。對于反射GPS信號的物體，比如建筑，水域等也應(yīng)避免，以減少因為多路徑效應(yīng)造成的誤差。所以，測站點所處的位置，10°到15°的高角度以上不要有很多的障礙物。

3.3基線解算問題

當基線起點坐標不準確時，為了保證基線解算的質(zhì)量，可以長時間的單點定位來獲得準確的起點坐標，也可以在解算時將所有的基線起點坐標用一個坐標衍生，最后在平差處理中引人參數(shù)解決。如果有的衛(wèi)星周跳多，觀測時間短，或者由于多路徑效應(yīng)的影響，可以刪除相應(yīng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

3.4 GPS網(wǎng)平面基點

將定位成果轉(zhuǎn)換坐標的過程中，需要用到既有GPS點的聯(lián)測，而且聯(lián)測的點數(shù)不能少于三個。如果這些點出現(xiàn)誤差，GPS的定位成果也會產(chǎn)生錯誤，所以一定要在測量前對GPS網(wǎng)基準點進行選擇。

4結(jié)語

GPS技術(shù)應(yīng)用在工程測繪中有很多的優(yōu)點。GPS工程測量中效率高，這減輕了外業(yè)的工作強度，精度較高，還能夠得到觀測點的高程和三維坐標，簡化了后期數(shù)據(jù)處理工作，使用方便。隨著社會的進步，相信GPS技術(shù)將會得到更多的改進，也受到更多測繪人員的青睞。