GPS定位技術在工程測量中的優點和不足

唐 軍

（新疆地礦局第十一地質大隊，新疆昌吉831100）

GPS定位技術在工程測量中的優點和不足

唐 軍*

（新疆地礦局第十一地質大隊，新疆昌吉831100）

概述了GPS在常規工程測量中的優點和不足，隨著全站儀的推廣普及，傳統的經緯儀、測距儀逐漸被取代。近年來，隨著GPS測量技術的發展，工程測量的作業方法更是發生了歷史性的變革。GPS測量通過接收衛星發射的信號并進行數據處理，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的功能。并結合一些生產實踐經驗，介紹了GPS野外作業中的要求。

GPS技術；工程測量；功能與優點

1 概述

在測繪領域，隨著全站儀的推廣普及，傳統的經緯儀、測距儀逐漸被取代。近年來，隨著GPS測量技術的發展，工程測量的作業方法更是發生了歷史性的變革。GPS測量通過接收衛星發射的信號并進行數據處理，從而求定測量點的空間位置，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。現已成功應用于工程測量、航空攝影測量、工程變形測量、資源調查等諸多領域。

2 GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備3部分構成

（1）GPS空間衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道平面的傾角為55°，衛星的平均高度為20200km，運行周期為11h58min。衛星用L波段的2個無線電載波向廣大用戶連續不斷地發送導航定位信號，導航定位信號中含有衛星的位置信息，使衛星成為一個動態的已知點。在地球的任何地點、任何時刻，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛星，最多可達到9顆。

（2）GPS地面監控站主要由分布在全球的一個主控站、3個注入站和5個監測站組成。主控站根據各監測站對GPS衛星的觀測數據，計算各衛星的軌道參數、鐘差參數等，并將這些數據編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發來的導航電文注入到相應衛星的存儲器中。

（3）GPS用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備(如計算機)等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤衛星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，經基線解算、網平差，求出GPS接收機中心(測站點)的三維坐標。

3 GPS定位技術在工程測量中的優點

從工程測量的實施應用中，我們可以充分看到GPS測量的優越性，充分顯示了這一衛星定位技術的高精度和高效益。

（1）采用GPS技術測設方格網，比常規方法適應性更強。網形構造簡單，點的疏密和邊的長短可靈活選取，即使離已知控制點較遠也可以連接，并進行控制網的定位和定向。另外，它解決了點位之間無法通視的困難，選點靈活，不需要高標，同時還可以保證外業施測不受天氣影響。測設大型(長邊)方格網和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優越性。盡管GPS本身在進行測量時不受到通視條件的限制，但是，工程測量一般為小范圍測量并受到工程成本的限制。因此，在實際的工程測量中，仍然要考慮使用全站儀、經緯儀、水準儀等常用且投入較少的儀器。這些常用的儀器一般都需要點與點之間相互通視，特別是在布設控制網時，點與點不能通視將會給測量工作帶來較多的麻煩和困難。特別是大型橋梁控制網中，如果點與點不通視，勢必影響網的強度和精度，進而影響到橋梁本身的精度。因此，在工程測量中布設GPS控制網時，必要時應當盡量使較多的點互相通視。

（2）GPS方格網點位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規范要求，而且具有較大的精度儲備。

（3）采用點位中誤差作為方格網測量精度指標是可行的，它比用相對中誤差表示精度指標更為合理。

（4）采用GPS方法布設大地控制網，因其圖形強度系數高，能夠有效地提高點位趨近速度。網形優化比較方便。

（5）GPS測量與常規的測量儀器相比較，測站之間無需通視；觀測時間短；儀器操作簡便；數據處理簡單；不受天氣及氣溫的影響；全天候作業；

（6）采用GPS-RTK測設建筑方格網與常規測量法相比，效率可提高一倍以上。

以上并能大幅度降低作業人員的勞動強度，一個參考站可有多臺流動站作業，流動站不需基準站指揮，單人即可獨立作業。

4 GPS定位技術在工程測量中的不足

GPS技術以其獨特而強大的功能與優點充分顯示了它在該領域發展的優越性，以及更大、更廣闊的發展空間。但在該領域實際施工過程中和后續工程的建設和監測中也暴露出了一些不足。

（1）GPS系統精確定位的關鍵就在于對衛星和接收機之間距離的準確計算，按照固定模式：距離=速度×時間，時間確定之后，速度按電磁波的傳播速度定。眾所周知電磁波在真空中的傳播速度很快，但大氣層不是真空狀態，信號要受到電離層和對流層的重重干擾。GPS系統只能對此進行平均計算，在某些具體區域肯定存在誤差；在大城市或山區由于高層建筑物及樹木等對信號的影響，也會導致信號的非直線傳播，計算時也會引入一定的誤差。

（2）與常規儀器進行的控制測量一樣，使用GPSRTK技術應首先復核起算基準點的精度，起算點應為高等級的控制點，并且起算基準點和觀測點之間具有較好的位置分布。當使用動態GPS-RTK進行觀測時，基準站的精度要經過3～5個高等級控制點的連測、復核，確保基準站坐標在各個方位觀測情況下具有一致的精度。

（3）大量的工程實例證明，雖然GPS高程測量能夠達到一定的精度，但用GPS施測的市政工程測量控制點，應進一步用常規儀器進行水準聯測，保證高程精度滿足市政工程建設的需要。

（4）GPS測量中所選擇的控制點位置的差異直接影響到觀測點位的精度。由于GPS測量是通過接收衛星發射的信號經過數據處理而得到點位坐標(包括高程)的，任何可能影響信號接收的因素出現干擾時，所測定的點位坐標都可能產生誤差。為此，在選擇測量點位時應注意以下幾點：①點位視野開闊，向上15°，視角范圍內應盡量避免有障礙物。②盡量遠離大功率無線電發射源，間距應不小于400m，遠離高壓輸電線路，間距應不小于200m。③遠離具有強烈干擾衛星信號接收的物體，并盡量避開大面積的水域。

（5）GPS測量更適用于視野開闊、障礙物較少的新區建設、野外勘探定位等，在老城區的建設中，使用GPS測量，或者接收不到信號，或者雖接收到信號，但一直處于浮動狀態，出現假固定或者不能固定，因此所得數據往往誤差較大，既無效率，又無精度，不能顯示出GPS測量的優越性。

（6）GPS測量成果與常規測量成果之間，不同型號GPS測量成果之間存在差異，有時相差比較大。GPS網在進行平差計算時，邊長一般需要進行兩項改正：①歸算至大地水準面的改正；②歸算到高斯投影面上的改正。二維聯臺平差模型不能解決平面位置與高程位置統一的問題，而三維聯臺平差模型是一個多功能的可實現平差模型轉換的高級平差系統，平差得到的結果是點的三維空間位置及其精度，這對于點位及其分量的全面分析和研究是極有利的。但在三維聯合平差時，需要地面點有相應精度要求的大地高觀測值，這在某些情況下是難以實現的。

（7）GPS及其相關技術是一門新興起的技術，其運用的規范標準還不夠完善，目前我國還沒有頒布統一的地理信息標準，導航產品生產商大多使用自己開發生產的電子地圖，這些電子地圖一般相互不兼容。另外，產品沒有統一的標準規范，產品市場沒有形成標準，特別是軟件產品沒有形成統一的規范。這還待有關部門進一步研究制定。

5 結束語

綜上所述，在工程測量領域中，由于GPS定位技術自身獨特而強大的功能，充分顯示了它在該領域實際測量工作中比常規控制測量具有更大的優越性和適應性，同時也存在一些不足，還有待于進一步研究改善來適應實際測量工作。隨著該技術的飛速發展和普及，以及相關技術的應用，GPS定位技術將在城市建設及工程測量中得到更加廣泛的應用。

[1]GB/T18314-2009全球定位系統（GPS）測量規范[S].

[2] 金國熊.控制測量學[M].1987.

P228.4

B

1004-5716(2015)09-0147-02

2014-08-13

2014-08-13

唐軍（1982-），男（漢族），寧夏固原人，工程師，現從事測繪技術及地質礦產工作。