GPS定位技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

張宏宇

摘要：GPS技術(shù)在測繪行業(yè)深入最早，也是精度最高的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)展至今，定位技術(shù)從載波相位相對測量定位技術(shù)到差分定位技術(shù)、再到廣域差分定位技術(shù)，其定位精度已達(dá)厘米級甚至毫米級，作業(yè)方式也從原來的靜態(tài)測量到目前的實時動態(tài)測量技術(shù)，從而大大提高了作業(yè)效率。本文論述了GPS定位技術(shù)在工程測量中應(yīng)用的基本原理、優(yōu)缺點及相關(guān)處理。

關(guān)鍵詞：GPS;工程測量;優(yōu)缺點;應(yīng)用

1 引言

GPS英文全名是“ Global Position System”，意為“全球定位系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS空間部分使用了二十四顆衛(wèi)星組成的星座，衛(wèi)星高度約20200公里，分布在六條升交點互隔60度的軌道面上，每條軌道上均勻分布四顆衛(wèi)星，相鄰兩軌道上的衛(wèi)星相隔40度，使得地球任何地方至少同時可看到四顆衛(wèi)星。

目前，在工程測量中，為了保證控制測量和施工放樣的精度，滿足工程質(zhì)量要求，GPS定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工程施工測量中。GPS測量通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而求定測量點的空間位置，它具有全球性、全天侯、連績性、實時性導(dǎo)航定位和定時功能，能提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間，而且具有良好的抗干擾性和保密性?，F(xiàn)已成功應(yīng)用于工程測量、大地測量、物探測量、航空攝影測量及各種類型的變形監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。本文主要對GPS定位技術(shù)在工程施工測量中的應(yīng)用做簡要論述。

2 工程測量中應(yīng)用GPS定位技術(shù)的基本原理及特點

2.1 GPS定位技術(shù)的基本原理

GPS定位的基本原理是根據(jù)幾何與物理的一些基本原理，利用空間分布的衛(wèi)星及其與地面點間距離來交會出地面點位置，從測量的角度來說，它與測距后方交會法相似。

2.2 GPS系統(tǒng)的主要特點

2.2.1 定位精度高。事實證明，用載波相位觀測量進(jìn)行靜態(tài)相對定位在小于50km的基線上可達(dá)1ppm;300～1500m工程精密定位中，平面位置誤差小于1mm（1h以上觀測）;實時動態(tài)定位（RTK）可達(dá)厘米級的精度。

2.2.2 觀測時間短。目前，20km以內(nèi)靜態(tài)相對定位的時間僅需15～20min快速靜態(tài)定位只需2min左右，實時動態(tài)定位每站觀測1～25s就可完成。

2.2.3 測站間無需通視。這是GPS技術(shù)區(qū)別于常規(guī)測量的最大優(yōu)點，尤其是布設(shè)長大隧道施工控制網(wǎng)時，可省去大量的傳算點、過渡點的測量，大大減少測量作業(yè)時間和費用，同時也使選點布網(wǎng)變得非常靈活。

2.2.4 操作簡便。GPS接收機(jī)自動化程度非常高，外業(yè)觀測時，測量人員的任務(wù)只是安置儀器、連接線纜（一體化機(jī)則不需要）、量取天線高、開關(guān)機(jī)及監(jiān)視儀器工作狀態(tài)，野外測量工作輕松愉快。

2.2.5 全球全天候測量。目前衛(wèi)星數(shù)已達(dá)30顆，正常情祝下隨時都可以進(jìn)行測量定位。除雷電、臺風(fēng)天氣不宜觀測外，其它如陰天黑夜、起舞下雨均不影響，這一點也是常規(guī)測量所無法比擬的。

3 工程測量中應(yīng)用GPS定位技術(shù)的優(yōu)缺點及相關(guān)處理措施

3.1 GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測量中的優(yōu)點

相對于常規(guī)的測量方法來講，GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測量有以下優(yōu)點：

3.1.1 觀測不需要通視，測量時選點靈活。不需要建立瞻標(biāo)，這樣可以大大減少測量觀測時間和經(jīng)費。GPS技術(shù)設(shè)方格網(wǎng)，比常規(guī)方法適應(yīng)性更強(qiáng)，并且作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等。

3.1.2 定位精度高，誤差分布均勻。GPS測量中，在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。一般雙頻接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm實踐證明，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達(dá)12x，而在100～500km的基線上可達(dá)～，不僅能夠滿足規(guī)范要求，而且具有較大的精度儲備。

3.1.3 觀測時間短。GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)，因其圖開強(qiáng)度系數(shù)高，能夠有效地提高點位趨近速度。采用布設(shè)控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在1～2h左右，其觀測時間只需1～2min。

3.1.4 抗干擾能力強(qiáng)，保密性好，可以實現(xiàn)全天候連續(xù)測量定位。GPS定位技術(shù)性能穩(wěn)定，可在任何地點進(jìn)行全天候工作，一般不受天氣狀祝的影響，大大方便了測量作業(yè)

3.1.5 自動化程度高，操作簡便。定位系統(tǒng)可具有自動記錄數(shù)據(jù)、自動平差計算、跟蹤觀測等功能，操作簡單，提高了工作效率。

3.1.6 采用GPS-RTK測量法與常規(guī)測量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。

3.2 GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測量中的缺點及相關(guān)處理措施

GPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程測量也存在不足之處，主要缺點和注意事項如下：

3.2.1 GPS測量系統(tǒng)中信號傳播，受環(huán)境的影響，計算時引入一定的誤差。因此，選待測點時一定要保證點位上空視角范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免有障礙物，向上角度≥15°;遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源和遠(yuǎn)離高壓輸電線路;避開大面積的水域。

3.2.2 在市政工程測量中，GPS測量常出現(xiàn)接收不到信號，或者一直處于浮動狀態(tài)，出現(xiàn)假固定或者不能固定。因此，GPS在市政工程測量時，為保證工程測量控制點精度滿足要求，應(yīng)進(jìn)一步使用常規(guī)儀器進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測。

3.2.3 不同型號GPS工程測量成果之間存在差異。因此，GPS網(wǎng)在進(jìn)行平差計算時應(yīng)注意：歸算至大地水準(zhǔn)面上、歸算到高斯投影面上。

3.2.4 GPS定位技術(shù)尚沒有統(tǒng)一規(guī)范。因此相關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步完善規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的地理信息標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

通過以上結(jié)論我們可以看到，GPS定位技術(shù)在工程施工測量中有其獨特的優(yōu)越性和適應(yīng)性，為工程測量質(zhì)量提供了有利的保障，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。隨著相關(guān)技術(shù)軟件的不斷發(fā)展改進(jìn)，GPS定位系統(tǒng)在工程測量中有著更加廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶家科.GPS定位技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2010（9）：16-17.

[2]周建鄭.GPS測暈定位技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]潘文琴.GPS技術(shù)在工程測量中的作用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（12）：45-47

[4]徐紹銓，張華海等.GPS測量原理及應(yīng)用.武漢：武漢大學(xué)出版社，2000.