淺析工程測量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

文/楊雯、路振國 大連三維測繪有限公司 遼寧大連 116000

根據(jù)GPS衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng),它不僅具有全能性,全球性、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的精確導(dǎo)航和定位功能,而且還具有良好的抗干擾和保密。因此,GPS技術(shù)在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋調(diào)查、城市測量等領(lǐng)域的應(yīng)用,在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開了研究,得到了廣泛的應(yīng)用。

1、GPS定位原理

GPS是一種采用交會法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。對點(diǎn)的位置設(shè)置GPS接收機(jī)，在某種程度上也獲得了超過4的GPS衛(wèi)星，導(dǎo)航消息發(fā)布的時(shí)刻可以通過一系列數(shù)據(jù)處理、GPS接收機(jī)和GPS衛(wèi)星的距離計(jì)算得到的，通過接收衛(wèi)星可獲得同一時(shí)刻在空間衛(wèi)星的位置的三維坐標(biāo)。用距離交會法求出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。GPS測量中通常采用兩種坐標(biāo)系，一種是固定在空間坐標(biāo)系中的，另一種是與大地水準(zhǔn)面的固定坐標(biāo)系稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們在工程測量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。

2、GPS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）與常規(guī)測量相比，GPS測量具有以下特點(diǎn)：①GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量，其相對定位精度可達(dá)1×10-8在基線小于50km。②測站之間無需通視，GPS測量不需要互相看，但可以根據(jù)實(shí)際需要來確定，使其更靈活。③觀測時(shí)間短。隨著GPS測量技術(shù)的出現(xiàn)和不斷的更新軟件、不斷的完善，GPS測量的靜態(tài)定位僅20min左右各站，和動態(tài)相對定位只需幾秒。④儀器操作方便。GPS接收機(jī)自動化程度越來越高，智能化操作，觀察到，水準(zhǔn)儀，高測量天線和開機(jī)后設(shè)置參數(shù)，接收機(jī)可以自動觀察和記錄。⑤全天候作戰(zhàn)。GPS衛(wèi)星數(shù)量大，分布均勻，可保證在任何時(shí)間和地點(diǎn)連續(xù)觀測，一般不受天氣條件影響。⑥提供三維坐標(biāo)。GPS測量可以精確測量場地的三維坐標(biāo)，其高程精度可以滿足四級測量的要求。

（2）勞動強(qiáng)度大大降低了。首先，如何保持良好的通用條件，保證測控網(wǎng)絡(luò)的良好結(jié)構(gòu)，一直是實(shí)踐中的難題之一。GPS測量不需要通視，可以節(jié)約常規(guī)測量的成本。其次，GPS觀測需要通過測量天線的底部觀測和簡單記錄高引導(dǎo)、關(guān)機(jī)，同樣，水準(zhǔn)測量也不需要連續(xù)觀測站到另一個(gè)站，只是在站內(nèi)簡單操作即可。

（3）測量精度高。GPS技術(shù)可以為用戶提供連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維位置、三維速度和精確的時(shí)間，而不受天氣的影響和全天候工作。采用差分定位，測量精度可達(dá)到毫米級?，F(xiàn)有的GPSRTK(實(shí)時(shí)運(yùn)動學(xué))技術(shù)能夠保證在動態(tài)計(jì)算位置精度等級cm的情況下，完全能滿足水下地形點(diǎn)平面定位精度的要求。

（4）多功能性和多功能性。GPS是一個(gè)軍民兩用系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍極其廣泛，在軍事上，GPS會自動指揮系統(tǒng)，在民用可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、航空、測繪、安全、軍事、電力、電信、城市地區(qū)，特別是在地面移動目標(biāo)監(jiān)控在GPS中最具代表性和前瞻性的應(yīng)用。

3、有關(guān) GPS 在工程測量中應(yīng)用的問題及解決措施

3.1 GPS 接收信號穩(wěn)定性問題

尤其是RTK GPS技術(shù)將出現(xiàn)在實(shí)際測量瞬態(tài)信號不穩(wěn)定的現(xiàn)象，或在測量精度低的地區(qū)，主要是由于幾個(gè)原因：復(fù)雜的施工場地條件對GPS信號和篩選構(gòu)成重大干擾，降低了衛(wèi)星觀測的數(shù)量，幾何因子變小，這衛(wèi)星信號；多徑效應(yīng)也是導(dǎo)致GPS定位精度降低的主要因素。由于GPS基站距離較遠(yuǎn)，有些涵洞和橋梁在深溝中較多，這使得GPS測量難以確定，精度較低。改進(jìn)措施包括：一是選擇GPS點(diǎn)，盡量選擇地形高度，保護(hù)樹木少點(diǎn)導(dǎo)線控制點(diǎn)。第二，使用RTK - GPS測量放樣時(shí)，避免遠(yuǎn)離GPS基站。選擇一個(gè)GPS基站控制點(diǎn)，以接近需要釋放的內(nèi)容。

3.2 測量時(shí)段對GPS 測量精度的影響

在使用GPS測量儀器的過程中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)GPS接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)高達(dá)7～9，在一定的時(shí)間內(nèi)精度系數(shù)低，測量精度高。有時(shí)只有三顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)，接收測量不明顯。因此，在測量GPS外業(yè)測量的過程中，要仔細(xì)地計(jì)算和匯總衛(wèi)星的數(shù)目，并盡量選擇衛(wèi)星的數(shù)目和高精度。目前，從根本上改善GPS衛(wèi)星不穩(wěn)定的問題，只有增加國家衛(wèi)星測量的數(shù)量，加快“北斗”測量系統(tǒng)的建設(shè)，才能全面提高GPS的精度。

3.3 GPS在測量中的存在的誤差

隨著社會的不斷發(fā)展，工程質(zhì)量不斷提高，工程測量要求的準(zhǔn)確性也不斷提高。雖然GPS技術(shù)通常具有很高的精度，但在特殊情況下，當(dāng)遇到影響衛(wèi)星信號的障礙時(shí)，會產(chǎn)生誤差。特別是在工程測量過程中，種種原因?qū)е聦?shí)際誤差比理論分析誤差大。

3.4 相關(guān)測量人員技能不足

與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，GPS技術(shù)在測量中使用時(shí)間較短，許多測量技術(shù)人員未能充分掌握其操作技能。因此，GPS不能發(fā)揮其各種優(yōu)勢，造成測量效率低甚至測量誤差嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了施工的順利進(jìn)行。

結(jié)語：

總之，GPS在工程測量中基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)行得如火如茶，在大型工程項(xiàng)目中，工程測量更為必要。而傳統(tǒng)的工程測量技術(shù)越來越不能滿足當(dāng)前工程精度的要求，但GPS測量具有精度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工程測量中得到了廣泛的應(yīng)用。在測繪領(lǐng)域，隨著全站儀的普及，傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀和測距儀逐漸被取代。近年來，隨著GPS測量技術(shù)的發(fā)展，工程測量方法發(fā)生了歷史性的變化。GPS測量和數(shù)據(jù)處理是通過接收衛(wèi)星信號，從而測量空間位置，具有全能、全局、全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)精確的三維導(dǎo)航定位功能，具有良好的抗干擾性和保密性。它已成功地應(yīng)用于工程測量、航空攝影測量、工程變形測量和資源調(diào)查等領(lǐng)域。

GPS技術(shù)是一門應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于自身的發(fā)展和完善，GPS技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類測繪工程中，對測繪事業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展有著極其重要的意義。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使各類建設(shè)投資規(guī)模的增加，也從單一到復(fù)雜的使用功能，更對建筑設(shè)計(jì)的要求越來越高，GPS技術(shù)在解決這些問題中的應(yīng)用起到了良好的作用，有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量和工程建設(shè)效率。

[1]徐紹銓.張華海.楊志強(qiáng).王澤民編著.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢大學(xué)出版社，2010（24）.

[2]荊秀英.高科技在工程測量中的重要作用[J].民營科技，2013，01：208.