試論GPS技術在工程測量中的應用

【摘要】 本文首先介紹了GPS 技術的基本原理和GPS 技術應用的優點，重點闡述了GP5 定位技術在建立工程測量控制網、RTK 下的碎部測量與放樣、區域差分系統下碎部測量與放樣以及在變形監測中應用的現狀、特點及其優勢，以此希望為我國建筑工程行業做出微薄的貢獻。

【關鍵詞】 GPS；工程測量；應用

自上世紀80 年代GPS 定位技術出現以來，在工程測量過程中的測角、測距、測水準為主體的常規地面定位技術，正逐步被高速度、高效率、高精度的GPS技術所代替。本文將以多年的工程測量實際工作經驗為基礎，結合現代工程測量技術的發展水平，對GPS測量技術的基本原理、技術優點以及實際應用展開論述，希望以此為同行業人員的日常測繪工作有所借鑒。

1.GPS測量的基本原理

在GPS 定位中，如果在某個位置架設GPS 接收機，其會同時接收至少3顆GPS衛星所發射的信號和導航電文，導航電文中含有衛星的位置信息，再根據后方交會原理，測得衛星到測站點的幾何距離，確定出測站點的三維坐標，進而顯示出測站的位置。GPS衛星是高速運動的衛星，其坐標值隨時間在快速的變化，根據其運動狀態，可以將GPS 定位分為靜態定位和動態定位。而根據對GPS 信號的不同觀測量，可分為偽距定位和載波相位測量兩種定位法。前者是利用GPS 衛星的偽噪聲編碼信號，測定接收機到GPS 衛星的距離，而后者是通過測量載波相位，求得接收機到GPS衛星的距離。

2.GPS定位技術的優點

2.1 自動化程度高

采用GPS 接收機測量時，僅需一人將天線安置于測站上，量測天線高并接通電源，在啟動接收單元后，儀器即自動開始工作。在結束測量時，只需關閉電源即可。若需要長時間且連續測量，則還可實行無人值守的數據采集，再通過數據傳輸，將所采集的定位數據傳輸到數據處理中心，完全實現自動化。

2.2 定位精度高

GPS定位短距離的精度可達毫米級，中、長距離的相對精度可達到10- 7 至10- 8。差分導航的精度可達米級至厘米級。大型建筑物、構筑物變形監測，在采用特殊的觀測措施、精密星歷和適當的數據處理模型和軟件后，平面精度可達亞毫米級，高程精度可穩定在1毫米左右。

2.3 全天候實時定位

GPS 定位技術，不受天氣的影響，可以全天候地工作。這一特點保證了變形監測的連續性和自動化。

2.4 具備三維坐標

在GPS 技術測量的同時，能精準確定測站點的三維坐標，其高度精確度完全可以滿足現代化工程的

測量要求。

3.GPS在工程測量中的應用

3.1 建立工程控制網

在大型工程建設的過程中，控制網的面積大，要求的精度高，而且測量數據隨著工程的進度在不斷變化，需要高頻率的測量。傳統測量的定位點通常是位于地面的，隨著工程的建設，這些點中大部分會被不斷破壞，測量的進度也就被破壞了。而且，導線測量的方式要求點與點之間通視，且需要分段實施，才能避免誤差積累過大。因此浪費時間也浪費精力，同時還存在著測量精度不均勻的問題。

應用GPS 技術建立控制網，通常采用載波相位靜態差分技術（RTK），點與點之間不需要通視，可以敷設很長的GPS 點構成三角鎖，以保持長距離線路坐標控制的一致性。GPS技術的實時動態差分法，可以實時掌握測量數據和測量精度，在達到精度要求后，就可以停止測量了，不需要再計算出數據。當發現未達到標準精度要求需要返工時，可實時地判定解算結果是否成功，以減少冗余觀測，縮短觀測時間，節省開銷。

3.2 RTK 的碎部測量與放樣

RTK 系統由兩部分組成，即基準站和移動站。其本原理是將基準站采集的載波相位發送給用戶，用戶根據基準站的差分信息，進行求差解算用戶的位置坐標。RTK 技術可以應用于測繪地形圖、地籍圖、測繪房地產的界址點、平面位置的施工放樣等。采用RTK 技術測圖時僅需一人進行，首先將GPS 接收機放在待定的特征點上，并輸入該特征點的編碼即可。在測定一個區域內的地形、地物特征點后，將信息傳入計算機，由專業成圖軟件自動生成所需的成果圖。在施工放樣、標定界標點時，常規的測量方法需要后視方向、用解析法標定，而采用RIK 技術，則可直接標定坐標，簡捷易行。

3.3 區域差分網下的碎部測量與放樣

區域性GPS 差分系統下的碎部測量、放樣，是基于區域GPS 差分網進行的。區域差與RTK 單基點載波相位差分的原理相似，不同的是區域差分的基準站通常多于1 個。多基準站組成基準網，基準網提供各個基準站的差分信息，用戶接收機根據自己的位置，確定各基準站差分信息的權，按非等權平差后形成自己的差分改正數，實現差分定位。

3.4 GPS 變形監測

變形監測主要是監測高層大樓、大橋、水庫大壩等建筑物或構筑物的地基沉降、位移、傾斜等狀況。常規的監測技術是應用水準測量的方法，監測地基的沉降。應用三角測量或角度交會的方法，監測地基的位移和整體的傾斜。由于被監測物體通常都是幾何尺寸較大、監測環境復雜、監測技術要求較高等特點，所以，觀測的時間較長、勞動強度大且難以實現自動化監測。而采用GPS 定位技術，則可實現可全天候工作、定位精度高且不需要通視。利用GPS 進行水平位移觀測時，可獲得小于2mm位移矢量，高程的測量誤差也低于10mm誤差。

國內的一個具有代表意義的工程實例，是湖北省長陽土家族自治縣境內的隔河巖大壩。其壩頂弧線全長653m，于1997年底至1998年初安裝、調試并運行，并成功安裝GPS自動監測系統。該系統設有兩個基準點，采取了適當的提高精度的措施，如系統設置、數據處理等。監測點在水平方向的測量精度為0.5 ～1.0mm，高程方向的測量精度為1.0～1.5mm。經實驗及運行實踐結果表明，該系統自動化程度高、數據可靠、監測精度高。這一監測工程的成功范例，標志著我國大型建筑物或構筑物采用GPS 自動監測系統時代的開始。此外，在不久的將來，價格低廉、多天線、操作更為便捷的GPS 變形監測系統也會不斷被研發出來，并應用到工程測量中。其研發宗旨是采用一個特制天線轉制開關來實現多個GPS天線與一臺接收機相連接，接收機再按照預先設置的程序，分時掃描每一臺天線并實現GPS衛星的跟蹤，再通過多天線識別與分離模塊處理軟件來完成數據處理。

4.結束語

GPS 技術具有精度高、速度快、不受氣候條件及通視條件的限制等優點，另外，GPS 接收機具有自動觀測的特點，這為實現大型工程建筑物變形監測的自動化奠定了基礎。隨著GPS技術的迅速發展和應用，給目前測量手段帶來了日新月異的變化，也給工程測量帶來許多方便，這種方法也能夠節約大量人力、物力、時間及成本。因此，GPS 技術已經發展成為多領域、多模式、多用途的國際性高新技術產業。

參考文獻：

[1]王青松.淺談GPS 在工程測量中的應用[J].科技咨詢導報，2006（20） .

[2]汪建林.姚煥炯.張曉盛等.GPS 測量技術在工程測繪中的應用[J].中國新技術新產品，2010（17）.

作者簡介：劉偉（1964年10月）男，遼寧省沈陽人，漢族，大學本科，高級工程師，從事工程測量技術工作。