GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用探討

馬理想

摘 要：隨著我國全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，GPS定位技術(shù)在全球測繪技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，使測繪技術(shù)在定位系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域取得革命性的技術(shù)突破，為我國工程測量技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步提供嶄新的方法和技術(shù)。簡要性地介紹GPS技術(shù)的工作原理、特點，并對目前GPS技術(shù)在工程測量的主要應(yīng)用領(lǐng)域作出探討，借此給其他的測量研究人員提供一點借鑒。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);工程測量;應(yīng)用探討

引言

隨著科技的發(fā)展，我們的交通和生活各個環(huán)境都離不開GPS，GPS技術(shù)的成功研發(fā)和普遍使用，讓我們的生活越來越便捷。目前，我國軌道交通和建筑工程事業(yè)的快速發(fā)展，高測量速度、高效率、高測量精度的GPS技術(shù)在我國建筑工程測量事業(yè)中的應(yīng)用正在逐步擴大。

1 GPS定位系統(tǒng)的形成、定位原理

1.1 GPS定位系統(tǒng)的形成

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)由地球衛(wèi)星監(jiān)控星座（地球空間部分）、地面衛(wèi)星監(jiān)控定位系統(tǒng)（衛(wèi)星地面部分）、GPS衛(wèi)星接收機（衛(wèi)星用戶監(jiān)控設(shè)備接收部分）模塊組成。它主要的核心功能任務(wù)是：能夠精準(zhǔn)的讓發(fā)射到宇宙的衛(wèi)星進(jìn)行實時監(jiān)測，每一顆在宇宙的衛(wèi)星都能夠時刻準(zhǔn)確的播報信息電文，包括每顆衛(wèi)星導(dǎo)航星歷（星圖即一系列用于描述每顆衛(wèi)星軌道運動修正軌道速度參數(shù)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)）、衛(wèi)星軌道鐘差和地球大氣運動修正溫度參數(shù)等;GPS衛(wèi)星接收機構(gòu)也是一種能夠?qū)崟r接收、跟蹤、變換和實時測量衛(wèi)星GPS導(dǎo)航信號的衛(wèi)星接收通信設(shè)備，由一個主機、天線和多個電源部件組成。GPS全球衛(wèi)星信號發(fā)送的全球?qū)Ш綀D和定位衛(wèi)星信號的也即稱為GPS衛(wèi)星信號，是一種具有全球性可共享的衛(wèi)星信息技術(shù)資源。一些應(yīng)用GPS系統(tǒng)非常頻繁的企業(yè)，可以通過GPS接收機，在任何的時間或者條件下，接受到定位信號，從而進(jìn)行各項測量工作，這樣就可以方便各個企業(yè)的工作。

1.2 GPS定位原理

后方定位交會，也就是GPS的原理。如果需要已知一顆空間衛(wèi)星GPS發(fā)射衛(wèi)星的瞬時信號位置，若僅需要確定衛(wèi)星測點到站點的三維直線坐標(biāo)則空間，GPS衛(wèi)星接收機只要同時接收并測到3顆星向GPS空間衛(wèi)星測點發(fā)射的瞬時信號，即得到該衛(wèi)星發(fā)射到達(dá)的測點和站點的三維幾何直線距離，就足以可根據(jù)后方衛(wèi)星交會觀測原理，確定發(fā)射出衛(wèi)星測點到站點的三維直線坐標(biāo)。

2 GPS在工程測量中的應(yīng)用

2.1 建立工程控制網(wǎng)

在工程測量中，對于整個工程的建設(shè)和日常維護(hù)還有管理而言，工程控制網(wǎng)是非常重要的，它對于工程測量來說，可以根據(jù)工程的相關(guān)要求和精度來進(jìn)行設(shè)計，從而方便工程中的測量工作。通常來說，工程控制網(wǎng)絡(luò)的特點是密度不大、精度很高并且影響的面積比較小。用的是常規(guī)的施工方法，多可以采用矩形邊角網(wǎng)。采用GPS自動定位的設(shè)計方法即可建立一個工程控制信息網(wǎng)，具有工程點位方式選擇時間限制少，作業(yè)運行時間短，成果分析精度高，工程維護(hù)費用低等幾大優(yōu)點。采用手動GPS控制技術(shù)，由于傳輸點與線兩點之間不一定需要手動通視，可以自動布設(shè)出由很長的幾個GPS點坐標(biāo)構(gòu)成的自動三角鎖，以便于保持長時間距離傳輸線路對點坐標(biāo)自動控制的精確一致性。通過在實際中對應(yīng)用的檢測情況進(jìn)行比較，我們可以總結(jié)并得出在平均檢測邊長在5公里以下的專業(yè)工程中用GPS無線控制局域網(wǎng)，用雙頻無線接收機進(jìn)行觀測20-30min范圍即可可以達(dá)到能夠滿足專業(yè)工程中高精度檢測要求的良好檢測結(jié)果。

2.2 變形監(jiān)測

變形地基監(jiān)測主要目的是用來監(jiān)測一下像長江大橋、水庫和核大壩、高層辦公大樓等大型建筑物、構(gòu)筑物的整體地基變形沉降、位移以及建筑整體的地基傾斜等變形狀況。應(yīng)用在大型短邊天線監(jiān)測網(wǎng)中比如大型水庫邊和大壩短邊監(jiān)測中，不僅可以直接替代其他常規(guī)邊、角天線監(jiān)測網(wǎng)，還可以同時取得標(biāo)準(zhǔn)毫米等級，甚至亞標(biāo)準(zhǔn)毫米等級的高精度的絕對大地平面垂直位移與相對大地垂直位移監(jiān)測數(shù)據(jù);在小區(qū)有一定條件（可以解決小區(qū)多路徑監(jiān)測效應(yīng)，如小區(qū)采用監(jiān)測天線的條件情況下，小區(qū)域范圍內(nèi)以絕對大地高精度取代高水準(zhǔn)精度的絕對水準(zhǔn)測量的監(jiān)測是相當(dāng)有可能的。

2.3 帶RTK的碎部測量與放樣

RTK（realtimekinematic）差分技術(shù)，即不同載波進(jìn)行相位觀測差分處理技術(shù)，是實時處理兩個對觀測站不同載波進(jìn)行相位差分觀測的變量的一種差分處理方法。rtk的系統(tǒng)由兩個大部分共同組成：無線基準(zhǔn)觀測站（具體坐標(biāo)位置已知）和無線移動基準(zhǔn)站（沒有用戶無線接收機）。其主要基本原理功能是：將采集基準(zhǔn)站已經(jīng)采集的用戶載波差分相位信息發(fā)送給指定用戶，用戶根據(jù)采集基準(zhǔn)站的載波差分相位信息，對其進(jìn)行相位求差解析計算獲得用戶載波位置上的坐標(biāo)，因而簡捷易行。

2.4 區(qū)域差分網(wǎng)下的碎部測量與放樣

差分碎部函數(shù)測量和差分放樣，二者是GPS系統(tǒng)在區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)下的表現(xiàn)形式，這是根據(jù)在這個區(qū)域內(nèi)，根據(jù)GPS的局部差分網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行工作的。GPS的使用用戶，可以通過專用的信號接收機，來實時觀察自己的位置和信號，從而來保證各個區(qū)域相關(guān)信息的改正權(quán)在自己的手上，通過按照非等值的方法來計算平差值，就可以將自己所形成的相位差分的信息進(jìn)行改正，從而實現(xiàn)區(qū)域差分精準(zhǔn)定位。

3 GPS技術(shù)在工程測量中的優(yōu)缺點

3.1 GPS技術(shù)應(yīng)用于工程測量中的優(yōu)點

用途廣泛：GPS創(chuàng)新技術(shù)中的產(chǎn)品目前可廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟發(fā)展國家國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。對于目前全球地質(zhì)測繪以及地理信息行業(yè)而言，GPSs等全球地質(zhì)定位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于包括：進(jìn)行全球地質(zhì)大地測量，地殼運動地質(zhì)工程板塊運動天體地質(zhì)運動等的地質(zhì)氣象監(jiān)測。定位精度高：大型地區(qū)高層公寓建筑物、構(gòu)筑物以及墻體結(jié)構(gòu)變形損壞情況高空監(jiān)測，在充分結(jié)合采用特殊的高空衛(wèi)星觀測處理控制措施、精密的高空衛(wèi)星歷和適當(dāng)?shù)母呖沾髷?shù)據(jù)處理綜合信息處理數(shù)據(jù)，分析模型和高空監(jiān)測處理軟件后，高程高空監(jiān)測數(shù)據(jù)精度最高可長期穩(wěn)定在1毫米左右。全天候物體變形氣象觀測：廣泛應(yīng)用于對GPS物體進(jìn)行氣象定位、導(dǎo)航，不受任何外界觀測天氣的地形變動情況影響，可以全天候地跟蹤觀測氣象工作，這一觀測技術(shù)最大特點，保證了被測物體天氣變形變動情況實時監(jiān)測，實時性與連續(xù)性和觀測工作過程自動化。

3.2 GPS技術(shù)應(yīng)用于工程測量中的缺點

工程控制網(wǎng)在工程應(yīng)用中非常廣泛，而對于大型工程控制網(wǎng)來說，在具有遮擋隱蔽的區(qū)域，是不能進(jìn)行工作的。如在高層地下控制工程、隧道自動控制工程測量中或在地面隧道控制測量網(wǎng)絡(luò)中可以廣泛采用這種GPS控制技術(shù)，在地下工程施工隧道控制測量方案中卻根本無法廣泛采用，因為地下工程沒有任何GPS控制信號。都市中過于高大的房屋等建筑，會出現(xiàn)遮擋住GPS信號的現(xiàn)象。這樣一來，GPS觀測設(shè)備就不能保證其工作的效率，并且還會影響到工作人員在觀測時的工作情緒。如果這種類似現(xiàn)象頻繁同時出現(xiàn)，將直接造成成像記錄的支離破碎，影響相機成像精度，還可能會發(fā)生成圖錯誤。這樣的結(jié)果就導(dǎo)致GPS技術(shù)無法得到充分使用，限制了其在精度方面的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

GPS觀測技術(shù)同時具有觀測精度高、觀測持續(xù)時間短、測站間不固定需要無線通視和全天候同時作業(yè)等優(yōu)點，使得三維天體坐標(biāo)的定量測定工作變得簡單，該檢測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大型工程碎片測量系統(tǒng)中，諸如建立大型工程碎量測攝系統(tǒng)控制信息網(wǎng)、rtk下的芯片碎部變形測量與穩(wěn)定放樣、區(qū)域差分網(wǎng)下的碎部測量與放樣等各個領(lǐng)域;但隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)具有更廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。

（江蘇省工程勘測研究院有限公司，江蘇 揚州 225000）