淺談工程測繪中GPS測量技術應用

朱增洪　賈貴毓

（江西省建筑設計研究總院　江西　南昌　330000）

淺談工程測繪中GPS測量技術應用

朱增洪賈貴毓

（江西省建筑設計研究總院江西南昌330000）

隨著我國社會經濟的快速發展與科學技術的不斷進步為各行各業的發展創造了良好的環境和條件，并提供了可靠的科學技術保障。尤其是計算機網絡技術的普及使得信息全球化的趨勢日益突出，而GPS作為全球定位系統，為全球范圍內的信息傳遞與流通提供了可靠的技術支持，其中發展較快的GPS定位測量技術，也在工程測繪方面發揮重要作用。本文就主要對工程測繪中GPS測量技術及數據處理作出了探討，并對GPS技術的優缺點進行了分析，供同行參考。

工程測繪；GPS測量；工作原理；控制測量

引言

近幾年，隨著我國現代化建設進程的不斷前進，工程測量技術在工程建設中的作用越來越重要，而GPS測量技術屬于新型科研成果，被廣泛使用主要是在數字地球研究領域中承擔著重要的作用與能夠準確定位目標，為工程提供準確精密的導航，提高工程的完成質量，為工程作業提供了極為便利的測繪技術，以往用全站儀做的控制點需要花費大量的人力和時間才能完成的，現在有了GPS，讓控制測量變得非常簡單，它具有精度高、測量時間短、距離長、測站間不需要通視等諸多優點。雖然在工程施工中，有許多種測繪方法，但GPS測繪技術無疑是眾多技術中效率最高的一個。但是GPS技術也存在一些不足。

1　GPS原理及外業施測

GPS的定位原理類似于傳統的后方交會。在GPS測量中，衛星主要被作為位置已知的空間觀測目標，從而形成了不需要地面點的后方交會，每臺接收機都是一個獨立的控制點，經過接收到的數據解算出點的經緯坐標（WGS-84），在多臺接收機同時接收數據便形成了很多三角網形參與平差解算，自由網無約束平差解算出WGS-84坐標，然后把已知的控制點進行約束平差得到北京54坐標。

GPS聯測和高等級導線在各個單位均有各自不同軟件和方法平差解算，在此不再贅述。在做較長距離導線時就會產生投影變形，投影變形處理準確與否將直接導致整個坐標系統成敗。

2　GPS系統的組成和測量方式

GPS系統的空間部分是由24顆衛星組成，均勻的分布在6個軌道面上，衛星上安裝了精度很高的原子鐘，其系統信息能在全球范圍內向任意多用戶提供高精度的、全天候的、連續的、實時的三維測速、三維定位和授時。

GPS的測量方式主要分為動態測量和靜態測量兩種，靜態測量應用于工程測量中的控制測量，動態測量一般用于碎部點采集及工程放樣等等。

3　GPS控制布網和基線測量

3.1準備工作

在測量工作前要對測區情況進行實地了解。還需要知道衛星的星歷預報軟件的狀態，評估障礙物可能會對GPS觀測造成不良的影響。再對布網和作業要求來操作以及測區的實際情況。

首先是選取觀測點，以布設GPS網，再進行靜態控制測量。在GPS定位的過程中，接收機的天線觀測位置始終保持不變。處理信息數據的時候，接收機天線的位置并不會因時間的變化而受到影響。從觀測模式上來看，為多臺接收機對于不同測站的靜止同步觀測。接收機獲得衛星發送的偽距，載波相位等信號的觀測值，再使用計算機技術對下載的觀測值進行處理，基線處理是比較常見的處理方法，網平差，坐標轉換和高程轉換的精度高點的坐標。在測量中，高精度的定位，比如各種等級的大地測量網，工程控制網，基準網和變形監測網的測量靜態定位測量方法。

3.2選點的一些技術要求

（1）為了確保對衛星信號連續跟蹤觀測的質量，要求測站上空盡可能地開闊，在10～15°高度角以上不能有成片的障礙物。

（2）為了減少對GPS衛星信號的干擾，在200m的范圍內不能有強電磁波的干擾源，例如：大功率無線電發射設備，高壓電力線等。

（3）為了減少多路徑效應的發生，測站應該遠離高層建筑，水域等反射強烈的地形。

為了方便于觀測作業和今后的應用，測站應選在交通條件方便和易于保存的地方。

3.3布網

GPS基線向量網的等級：依據國家測量規范、各行業測量規范、任務要求來定等級。根據我國2009年所頒布的全球定位系統測量規范，GPS基線向量網被分成了A、B、C、D、E 5個級別，見表1。

GPS布網方案主要是根據項目的具體要求，成本，時間，人力和接收器和后勤等條件來確定，在確定布網方案的時候，以滿足精度為第一要求，盡可能減少消耗。GPS網通常采用多個異步閉合回路，這需要反復的接收機，但限制運輸和通訊手段受到實際操作中往往會帶來很大的困難。由于起始點會嚴重影響到網平差，那么采用GPS布網的時候，盡量使起始點間形成異步環，其它各點根據實際情況而定，不一定需要都在異步環中，以節省時間和人力，提高外業工作效率。

表1　GPS基線向量網等級表

GPS基線向量的布網形式。GPS網常用的布網形式有以下幾種：跟蹤站式、會戰式、多基準站式（樞紐點式）、同步圖形擴展式，單基準站式。

3.4外業觀測

完成了GPS點的選取和網的設計，就可以開始進行外業觀測和數據的采集。具體方法和過程本文不再贅述。

3.5數據處理

數據采集所使用的軟件為中海達公司提供的HD2003后處理軟件。作為自動化軟件，人工干預的因素較少，從而提高了測量精度。對于點位的衛星不多或過多衛星信號被阻斷，經常出現斷開網絡調整，使在這個時候，我們必須處理的小干涉基線。還注意到，殘余的基線分析，觀測衛星，超過限制的數據錯誤時，如果一個大的時間殘差的一個衛星，該衛星將有一個窗口去掉衛星點或一個時期的衛星，然后加工。所以滿足要求到目前為止，處理后的基線所形成的三角網的閉合差均滿足對方的要求，最后將控制點坐標加入再進行網平差，從而得到控制點的三維坐標。具體處理的精度要求在規范中有非常詳細的規定，本文不再贅述。

4　GPS在控制測量中的優缺點

4.1優點

（1）控制點的點間距長。靜態網的最大邊長可以達到75km，但是距離越長觀測時間也越長，如10km的邊長雙頻GPS需要觀測時間1.5h，由于點間距長的優點在大地控制測量中應用非常廣泛。

（2）定位精度高。雙頻靜態機標稱平面精度可以達到2.5mm+ 0.5ppm×D、高程精度也達到5mm+0.5ppm×D，足夠滿足大部分的控制點的精度要求。

（3）提高工作效率。GPS控制測量還具有無需通視的優點，由于我們常規的全站儀都需要點與點之間的通視，非常麻煩，所以使用GPS來做控制點測量非常快捷，大幅提高工作效率。

4.2缺點

（1）GPS必須在空曠的地方才能測量，在隱藏和覆蓋面積是不可用或不方便使用GPS。如進行地下工程中，隧道測量不能采用地面沒有GPS信號。控制網布設在森林里，如果道路狹窄，兩旁的郁郁蔥蔥的樹木，GPS信號將被封鎖，樹木提出了解決困難的基線向量是與所需的精度線計算。

（2）利用GPS定位技術的高程測量不能直接得到正常高的地點，但只得到高的地面，確定正常高，我們必須知道地面點的地面點高程異常，這限制了GPS技術在高程測量的影響。

5　結束語

實踐證明，在縮短工期、降低成本和設計的靈活性方面，GPS控制測量相對全站儀有不少優越之處。隨著衛星星座的發展，除了GPS還有GLONASS、北斗等衛星系統將會給測量技術帶來質的飛越，而且中國的北斗衛星都是一些直角的同步衛星，對彌補GPS缺點帶來實質性改變，所以將來GNSS技術將具有更廣闊的應用前景。

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2015-4-21