基于GPS的動態(tài)測量技術在土木工程中的應用

孟 愛 青

(太原理工大學，山西 太原 030024)

·測量·

基于GPS的動態(tài)測量技術在土木工程中的應用

孟 愛 青

(太原理工大學，山西 太原 030024)

闡述了GPS在工程測量中所具有的優(yōu)勢，介紹了GPS(RTK)系統(tǒng)的主要組成部分，依據(jù)GPS測量應遵循的原理，對GPS(RTK)配合全站儀具體施測的操作流程及其應注意的事項進行了分析研究，以推動GPS動態(tài)測量技術的發(fā)展與進步。

GPS，實時測量，動態(tài)測量，三維坐標

RTK(Real Time Kinematic)作為一項組合系統(tǒng)，它包括了GPS測量定位技術、無線電技術、數(shù)字通信技術以及計算機技術等，它推動了GPS測量技術新的發(fā)展和進步。RTK能實現(xiàn)全天候作業(yè)，而且定位的準確度極高，誤差都是隨機偶然誤差，不會累積。

實時動態(tài)測量的基本工作原理是：將GPS接收機安裝在某個基準站，連續(xù)觀測能見的GPS衛(wèi)星，以無線電傳輸設備作為數(shù)據(jù)傳送工具，確保用戶觀測站隨時獲取信息；在用戶觀測站，GPS接收機既接收基準站的傳輸數(shù)據(jù)，又能接收衛(wèi)星信號，從而精準的反映流動站的三維坐標值。

1 GPS在工程測量中的優(yōu)點

GPS作為一種優(yōu)越的定位系統(tǒng)，在汽車導航、物流運輸、資源勘探、水利建設、鐵路建設、災后救援等方面都發(fā)揮了無比重要的作用。在工程測量中，它相比于其他測量方式更為優(yōu)越，GPS點標志在測量中也發(fā)揮了重要的作用。GPS在測量中所具有的優(yōu)點分析如下：

1)GPS方格網(wǎng)的測量精度指標是點位中誤差，更優(yōu)于相對中誤差。

2)在大型的工程測量方案中，布設大地控制網(wǎng)時，若采用GPS方法，由于圖形的強度系數(shù)較高，可以大大提高點位的趨近速度，更有利于網(wǎng)形的優(yōu)化。

3)GPS測設方格網(wǎng)時，構造簡單，可以靈活選取點的疏密和邊的長短，同時它也解決了點位之間無法通視的困難，還可以保證在外施行測量方案時不受天氣影響。

4)GPS方格網(wǎng)的誤差分布很均勻，能夠滿足常規(guī)測量的規(guī)范要求。與此同時，它的點位精度也很高，具有較大的精度儲備。

5)GPS-RTK相比于其他方法，效率更高，更具有自主性，可以減少勞動力的消耗，流動站也可以由單人完成作業(yè)。

2 GPS(RTK)系統(tǒng)的構成

GPS(RTK)系統(tǒng)主要由三大部分構成，包括無線電通信系統(tǒng)、流動站以及基準站。其中，流動站包含了流動站控制器、電源、無線電通訊接聽系統(tǒng)、GPS天線以及GPS接收機等。基準站涵蓋了基準站控制器、為無線電臺和GPS接收機提供能量的電源、無線電通訊發(fā)射系統(tǒng)、GPS天線以及GPS接收機等。

3 GPS(RTK)工程測量遵循的基本原理

用戶接收部分、空間衛(wèi)星部分以及地面監(jiān)控部分共同構成了完整的GPS系統(tǒng)，各功能間相互區(qū)別、相互聯(lián)系，共同構成了一個統(tǒng)一的整體。就靜態(tài)GPS測量系統(tǒng)而言，要確保觀測效果的實時性，就必須擁有兩臺或者以上數(shù)量的接收機，各接收機接收的數(shù)據(jù)會存在細微的差別，后期用軟件處理的方式能將WGS-84坐標系統(tǒng)的基線向量進行準確顯示，在進行坐標轉(zhuǎn)換、平差等工作以后，三維坐標即可求出。最后結果無法在現(xiàn)場即時獲取。圖1是對RTK實時相對定位原理的簡單展示。

基準站接收到的衛(wèi)星信號要及時、準確地傳遞到流動站，就要依靠無線電通信系統(tǒng)，流動站能及時接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而且基準站傳遞的衛(wèi)星數(shù)據(jù)它也能接收。在初始工作完成以后，流動站能及時將基準站信息傳遞到控制器，從而對這些載波進行差分處理，最終計算出未知點的具體三維坐標。

4 GPS(RTK)配合全站儀的具體施測過程

第一步就是對作業(yè)流程進行規(guī)定，圖2即為該測區(qū)的作業(yè)流程圖。

RTK的設計必須嚴格遵守以下操作原則：

1)應在測區(qū)中央位置架設基準站，而且要始終保持基準站距離無線電發(fā)射塔和高壓線至少50 m。已知點確定以后，應在此基礎上校正點位，確保RTK的準確、可靠。2)要確保基準站儀器平整、精確，對中要控制在1 mm以內(nèi)，而整平精度要保持在半格以內(nèi)。3)15°是接收機接收衛(wèi)星的理想高度角。4)在確定基準站天線高度時應在不同的三個方向反復測量，確保互差小于3 mm，天線高度應為三次平均值。

對流動站的技術要求規(guī)范：

1)不小于13°是最佳衛(wèi)星高度角。2)至少觀測5顆以上的衛(wèi)星數(shù)。3)選擇流動站位置時要謹慎，盡量將其控制在轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，在不超過基準參考站10 km的位置架設。4)在進行觀測工作以前，要認真檢測已測點或者已知點，確保準確。5)進行測量時必須保證RTK處于固定狀態(tài)。6)測點相對圖根點的相對中誤差不得大于圖上0.12 mm(實地20 cm)。7)在選用RTK為圖根點確定方法時，要盡可能選擇易于儀器操作和搬運且實現(xiàn)良好的地方，所以，理想的圖根點位置為十字路口或者平房區(qū)，為了檢測方便，要確定后視點。

全站儀的基本操作流程：1)盡可能整平對中，將對中偏差控制在1 mm以內(nèi)；2)全站儀啟動后，打開文件管理界面，新建文件夾，將文件儲存在該文件夾下；3)在檢核過程中，將后視點作為檢核點，進行點收集的基本前提是偏差在可控范圍內(nèi)，否則，要對具體原因進行調(diào)查；4)對碎部點數(shù)據(jù)信息進行搜集和整理。

特別要強調(diào)的事項：1)要分清盤左盤右，始終在一個方向觀測一個測站；2)一旦觸碰到測站儀器，就需立即校正。

5 結語

GPS作為一種優(yōu)越的定位系統(tǒng)，在工程測量中，有著顯著的優(yōu)勢。本文主要研究和探討了GPS(RTK)系統(tǒng)的組成，GPS(RTK)工程測量基本原理，GPS(RTK)配合全站儀的施測過程，有利于推動GPS動態(tài)測量技術新的發(fā)展和進步。

[1] 高井祥.數(shù)字測圖原理與方法[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社,2001.

[2] 尤秋陽.GPS RTK技術在地籍測量中的應用[M].武漢：測繪信息與工程出版社,2003.

On application of GPS dynamic measurement technique in civil projects

MENG Ai-qing

(TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

The paper illustrates the advantages of GPS in engineering measurement, introduces the main components of GPS (RTK) system, and analyzes and researches the operation procedures and precautions for the GPS with cooperation of total station, so as to enhance the development and progress of GPS dynamic measurement technique.

GPS, timely measurement, dynamic measurement, 3D coordinate

1009-6825(2014)30-0219-02

2014-08-18

孟愛青(1958- )，女，高級工程師

P228.4

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