GPS系統在房屋工程控制測量中的運用

李遠河

(江西省核工業地質局265大隊,江西鷹潭 335000)

GPS系統在房屋工程控制測量中的運用

李遠河

(江西省核工業地質局265大隊,江西鷹潭 335000)

隨著GPS定位技術的快速發展和應用水平的不斷提高,GPS系統的應用領域不斷拓寬。GPS系統不僅廣泛用于船舶、飛機、汽車以及機器人等的導航,還應用在大地測量、工程測量、航空測量和海洋測繪等領域。本文簡單介紹了GPS系統的原理及其優點,并對其在房屋工程控制測量中的應用進行了探討。

GPS系統 原理 房屋 工程測量

1 GPS系統原理

Global Positioning System（全球定位系統），簡稱GPS系統。GPS系統由空間衛星部分、地面控制部分和用戶三部分組成[1]。空間部分的多個軌道平面上共分布了24顆衛星，其中有21顆工作衛星和3顆備用衛星。地面控制部分由1個主控站、3個注入站和5個監測站組成，其任務是管理和調整系統的工作狀態以保證整個系統的正常運轉，是整個系統的中樞。用戶是指所有使用接收機完成授時、定位等服務的整體[2]。接收機由主機、電源和天線組成，主機負責整個系統的自動管理，能夠檢查、報警和排除部分故障;天線用來采集衛星信號;電源為主機和天線供電。

GPS系統定位的基本原理如下：根據已知衛星的瞬時坐標以及GPS衛星和用戶接收機天線支架的距離觀測量，來確定用戶接收機即觀測站的位置。根據測量學中的后方交會原理，理論上一個觀測站有3個獨立的距離觀測量即可計算出其所在的位置。然而，在實際應用中，必須至少同時觀測4顆衛星，由于偽距的影響，即衛星鐘和用戶接收鐘之間的同步差，使實際觀測的距離產生了誤差;衛星鐘差可以利用相關參數進行確定和修正，而接收機的鐘差則不能，因此只能作為一個未知參數一并求解，這就要求只能再增加一顆觀測衛星，即利用4顆衛星的觀測數據，這樣才能使所有4個未知參數全部求解出來。

2 GPS系統的優點

2.1 定位精度高

GPS系統的精度要比普通測量方法的精度高，特別是隨著距離的增加，GPS精度高的優點更加突出。GPS基線向量的相對精度在10-5-10-9之間，且隨著距離的增加精度仍然較高，明顯優于常規的測量方法。

2.2 測量時間短

GPS系統在進行一般等級的測量時觀測時間一般為1-2個小時，甚至更短。另外，GPS測量時不像常規測量方法那樣只有實現了點與點之間的通視才能進行測量，只需各個觀測點能接收到衛星信號即可。因此在測量中可以避免很多中間過程，方便測量，使測量時間更短。

2.3 對工作條件的適應性強

GPS系統對工作條件的適應性很強，不受時間、地點和天氣等條件的限制。即無論任何位置：天空、海上還是陸地;任何時間：白天還是黑夜，或者一年四季各時節;無論天氣如何：晴好、風霧還是雨雪，GPS都能進行定位、授時等服務，保證用戶無論在何種情況下都能順利地完成任務。

2.4 操作方便

GPS系統的觀測、處理等過程都實現了高度的自動化，觀測過程和數據處理過程都是通過相關儀器和設備自動完成的，無需大量人力和技術，操作方便，同時也大大減少了人為誤差以及粗差的發生。

3 GPS系統在房屋工程測量中的應用

3.1 技術設計

在房屋工程測量中，GPS系統的技術設計不僅要符合合同書上的技術要求，而且也要符合國家建設部的有關規范、章程和制度的要求。GPS系統網的布設方式有點連式、邊連式、網連式及邊點混合連接等多種方式[3]。在實際中，要根據房屋周圍測區的實際情況，選擇合適的GPS系統網型。在控制網設計時，要根據精度需要選擇合適的網型，并適當提高外業施測和內業數據處理等環節的技術指標。在觀測計劃方面，可根據GPS衛星的預報圖和幾何圖形的強度，選擇最好的觀測點和最佳的觀測時間。

3.2 外業施測

GPS在房屋工程測量中，選點時要去現場進行測量并根據布設網型進行實地選點。選點時，不僅要符合GPS的觀測要求，還要避免信號被減弱或干擾，遠離干擾源，避開高壓線，以保證觀測的質量。在地面高度角大于15度的范圍內不應有障礙物，選點要布設在開闊的區域，遠離大面積水域，防止信號被遮擋或吸收。另外，點位要利于安全作業、長久保存。在選點和埋標之后，根據安排和計劃進行觀測，在觀測之前要做好觀測準備，檢驗觀測儀器，查閱衛星預報表，選擇最佳觀測時間，根據要求制定工作計劃、人員調度表等。在觀測時采用靜態相對定位模式，要盡量增加多余的觀測基線，使GPS網有多余的觀測，從而提高GPS觀測的精度與可靠性。

3.3 內業數據處理

GPS系統在房屋工程控制測量中的內業數據處理包括基線解算和網平差兩個階段。GPS基線向量是GPS同步觀測的直接結果，它表示了測站與測站之間的坐標增量。基線解算一般采用差分觀測值，其中雙差觀測值是較為常用的[4]。基線解算的過程如下：首先解算出未知參數和基線向量的實數解，然后將未知數固定成整數，再進行平差解算，得出基線向量的最終解。基線解算可以得到測站間的基線向量，基線向量只含有位置基準和尺度基準，而要確定GPS網中一點在某一坐標系統下的坐標，還需要方位基準，因此要在該坐標系下引入平差起算數據才能得到。另外，GPS網平差還可以消除一部分誤差，使內業數據的處理結果更為準確。

4 結語

在房屋工程控制測量中，GPS系統因為其具有定位精度高、測量時間短、對工作條件的適應性強、操作方便等優點，對建設工期的縮短、成本的降低和靈活設計等都比常規技術有著更積極的作用。目前，GPS技術已基本取代常規的測量手段，在多種控制測量中成為主要的技術手段，并且隨著GPS技術的不斷發展和完善，它將會應用在更為廣闊的領域當中。

[1]周曉愚,葉韜.GPS系統的原理及其在房屋建設測量中的應用[J].價值工程,2010,09：111.

[2]孫蕾.GPS系統在房屋建設測量中的應用[J].河南科技,2013,04：148.

[3]高士波.GPS系統在房屋建設測量中的應用淺析[J].黑龍江科技信息,2010,29：18.

[4]唐慶君.GPS系統在工程測量中的應用[J].產業與科技論壇,2013,12：100-101.