GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用及精度分析

■陳青（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì)山東煙臺264004）

GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用及精度分析

■陳青
（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì)山東煙臺264004）

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，原有的傳統(tǒng)工程測量方式已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，在現(xiàn)代化高新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展中，在實(shí)際工程測量中應(yīng)用到了各種科技手段，特別是GPS技術(shù)在工程測量中的廣泛應(yīng)用。文章針對工程測量中GPS技術(shù)的應(yīng)用以及如何控制其精度進(jìn)行了論述。

工程測量 GPS技術(shù) 測量精度 礦山測量

1　GPS技術(shù)的組成

GPS技術(shù)是基于全球定位系統(tǒng)，通過空間衛(wèi)星群和地面的包括主控站、地面接收天線和監(jiān)測等監(jiān)控系統(tǒng)共同完成的，人們通過對衛(wèi)星導(dǎo)航地質(zhì)信息進(jìn)行相應(yīng)的定位處理，實(shí)現(xiàn)對某一地區(qū)地理位置和有關(guān)情況進(jìn)行了解，空間衛(wèi)星群能為保障GPS系統(tǒng)衛(wèi)星信號暢通，在工程測量中能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地地接收到空間衛(wèi)星信號，在高精準(zhǔn)度定位中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的工程地質(zhì)測量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)的組成和應(yīng)用也越來越成熟。

2　工程測量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

在礦山測量中的應(yīng)用：

當(dāng)前，我國可利用的土地資源相對來說較為短缺，尤其是一些靠近海域的城市在其發(fā)展的歷程中想要拓展城市的規(guī)模，就需要對城市進(jìn)行大范圍的圍墾建設(shè)。圍墾建設(shè)不靠近海岸，但是會有在水上進(jìn)行施工的作業(yè)或者在受到潮汐影響的地點(diǎn)施工，這就導(dǎo)致以往的測量技術(shù)沒有辦法進(jìn)行，這時(shí)候，GPS就發(fā)揮了它的作用。在對礦區(qū)控制點(diǎn)進(jìn)行加密的過程中，地形測量以及鉆孔剖面點(diǎn)、取樣鉆孔、探井、探槽、地質(zhì)點(diǎn)、坑口、近井點(diǎn)、坑口位置點(diǎn)的坐標(biāo)放樣與求測，工程施工的調(diào)配等，GPS～RTK在這些方面都有著非常關(guān)鍵的意義。在工程測量中GPS不受自然環(huán)境的影響，在礦山測量中GPS可以起到重要的作用。在進(jìn)行礦區(qū)控制點(diǎn)加密，地形測量以及鉆孔剖面點(diǎn)、探槽、探井、坑口、取樣鉆孔、地質(zhì)點(diǎn)、近井點(diǎn)、坑口位置點(diǎn)的坐標(biāo)放樣與求測，工程作業(yè)調(diào)度，地質(zhì)填圖等方面GPS～RTK發(fā)揮了重要的作用。

3　工程測量中GPS技術(shù)精度分析

GPS技術(shù)可以在導(dǎo)航的過程中鎖定運(yùn)動目標(biāo)的三維位置和速度采用不同方法對平面與高程進(jìn)行測量。因此GPS的測量精度要高于常規(guī)精度。但是受各種原因的影響，GPS測量的精度會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，這些因素主要是以下幾點(diǎn):

3.1GPS衛(wèi)星影響測量結(jié)果

由于GPS測量技術(shù)是依靠GPS衛(wèi)星定位來提供測量數(shù)據(jù)，因此GPS衛(wèi)星的定位精準(zhǔn)度對GPS精度起到直接的影響。而目前采用的單點(diǎn)定位會使衛(wèi)星星歷給出的的測量結(jié)果與實(shí)際上衛(wèi)星所在的位置不一致，產(chǎn)生誤差。而這種誤差往往會對GPS測量精度產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，因此需要利用區(qū)域性的GPS跟蹤網(wǎng)對GPS衛(wèi)星軌道進(jìn)行跟蹤確定。由于單點(diǎn)定位的精度較低不能得到GPS測量所需的高精度結(jié)果，故而應(yīng)不再考慮衛(wèi)星軌道存在的誤差，直接以導(dǎo)航電文所獲得的衛(wèi)星軌道為準(zhǔn)，同時(shí)要保持跟蹤站地心坐標(biāo)的精度，因?yàn)樵谛l(wèi)星運(yùn)行時(shí)會受到多種攝動力的影響，從而產(chǎn)生復(fù)雜多余的衛(wèi)星軌道，另外要使用加權(quán)約束基準(zhǔn)取得5cm以上的相對坐標(biāo)值。此時(shí)只要將跟蹤基站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析就能修正軌道誤差，傳送給客戶精密的星歷，從而提高GPS測量的精準(zhǔn)度。

3.2接收設(shè)備對GPS測量精確度的影響

接受設(shè)備在對信號進(jìn)行接收時(shí)，信號的輸入方向與輸入強(qiáng)度的變化會對相位中心位置產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生實(shí)際的相位中心位置與理論的相位中心位置不符合的現(xiàn)象，故而GPS測量精確度會被接受設(shè)備的接收機(jī)位置與接收天線相位中心位置影響。因此在進(jìn)行GPS測量之前要檢測接收設(shè)備的天線相位中心的穩(wěn)定性，確定接收設(shè)備的天線相位中心達(dá)到了可進(jìn)行測量的穩(wěn)定值，才能實(shí)施測量，得到有效的測量結(jié)果。還要檢驗(yàn)接收設(shè)備的野外作業(yè)性能，確保接收設(shè)備能適應(yīng)野外實(shí)地測量的環(huán)境狀況。還需要考慮到如果測程不同，那么精度是否會發(fā)生變化?假如測量地點(diǎn)在測量時(shí)間之內(nèi)的環(huán)境溫度產(chǎn)生了變化，或者是幾臺同時(shí)作業(yè)的接受設(shè)備所處的環(huán)境溫度不同，那么精度是否也會發(fā)生變化?甚至還需考慮頻標(biāo)的穩(wěn)定性對精度的影響。只有在充分了解接收設(shè)備的這些問題后才能制定出比較完善且符合實(shí)際的GPS測量計(jì)劃，以保證GPS測量的順利完成，使接收設(shè)備對GPS測量精度的影響降到最低，得到所需的高精度測量結(jié)果。

3.3GPS測量精確度受衛(wèi)星信號傳播影響

電離層的彌散特性、大氣層對信號的折射、測站周圍聚集大量的反射物產(chǎn)生折射等，這些因素都可能在衛(wèi)星信號傳播過程中對傳播路徑造成影響，是傳播路徑發(fā)生偏差，傳播速度發(fā)生變化，從而對GPS測量精度造成嚴(yán)重的影響。因此要采取降低電離層或?qū)崿F(xiàn)多路徑的方式來減小誤差，控制精度。首先，電離層模型是進(jìn)行GPS測量修正的有效手段。由導(dǎo)航電文提供的電離層模型可對單頻GPS接收機(jī)進(jìn)行修正，當(dāng)然也可采用其他適合的電離層模型進(jìn)行修正;其次，同步觀測值求差法也是提高GPS精確度的良方。由于衛(wèi)星信號到達(dá)各觀測站的過程中具有介質(zhì)狀況相似和路徑相近的特點(diǎn)，可利用兩臺接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，取其差，從而降低電離層折射。再次，可使用雙頻觀測，對兩個(gè)偽距進(jìn)行測量，依據(jù)信號頻率與電離層折射的特性，在測量結(jié)果中求出電離層改正數(shù)，提高GPS測量精度。另外，也可從站點(diǎn)的布置入手，選擇合適的站點(diǎn)。如避開山谷、山坡以及盆地，可設(shè)在距大面積平靜水面一段距離的地方。設(shè)置站點(diǎn)最好選在反射能力較差的地方，例如翻耕之后的土地，因?yàn)樗c其他粗糙不平的地面之間的反射能力較差。如果設(shè)置站點(diǎn)需要進(jìn)行長時(shí)間觀測任務(wù)，則需要考慮接收機(jī)天線是否具有良好的屏蔽性，天線造型是否合適，截止高度角是否合理。從這些方面進(jìn)行考慮，最終的結(jié)果就是提高GPS測量的精度。

4　結(jié)束語

作為當(dāng)前工程測量中最重要的技術(shù)手段之一的GPS技術(shù)，在當(dāng)前各類型的工程測量得到了廣泛的應(yīng)用，甚至發(fā)展出了新技術(shù)如GPS～RTK，可見GPS測量技術(shù)以其獨(dú)具的精準(zhǔn)性、高效性、易操作的特點(diǎn)在現(xiàn)代工程測量中具有可觀的發(fā)展前景。雖然在GPS測量中其精度會因GPS衛(wèi)星、接收設(shè)備、衛(wèi)星信號傳播等因素產(chǎn)生誤差，但是通過選擇有效的精度控制方法，也可改進(jìn)GPS測量技術(shù)在工程測量中的不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高GPS精度，保證并提高工程建設(shè)質(zhì)量。

［1］劉葉明.GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2010， (7):259～260.

［2］張莉.GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用探討［J］.科協(xié)論壇:下半月，2011， ( 9):64～65.

TB22[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～175～1