淺談GPS技術在工程測量中的應用

【摘要】GPS是在現代科學發展中隨之興起的一種先進的導航定位技術。GPS測量較之傳統的測量技術具有速度快、效率高、精度高等優勢，并在工程測量中占據著越來越重要的地位。本文根據筆者多年來的實踐工作經驗.就GPS技術在工程測量中的有效應用展開探討。

【關鍵詞】全球定位；GPS技術；工程測量

1、GPS概述

利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，稱為全球衛星定位系統，簡稱GPS。GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰略的重要組成。經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座已布設完成。

2、GPS測量技術現狀及發展前景

GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛星導航系統，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息，是衛星通信技術在導航領域的應用典范，它極大地提高了地球社會的信息化水平，有力地推動了數字經濟的發展。

GPS技術給測繪界帶來了一場革命。利用載波相位差分技術（RTK），在實時處理兩個觀測站的載波相位的基礎上，可以達到厘米級的精度。與傳統的手工測量手段相比，GPS技術有著巨大的優勢：測量精度高；操作簡便，儀器體積小，便于攜帶；全天候操作；觀測點之間無須通視；測量結果統一在WGS84坐標下，信息自動接收、存儲，減少繁瑣的中間處理環節。當前，GPS技術已廣泛應用于大地測量、資源勘查、地殼運動、地籍測量等領域。

3、GPS技術在工程測繪中的應用

3.1 GPS測量技術

與常規測量方法相似，GPS測量過程也大致分3個階段：技術設計、外業觀測及成果處理。但由于GPS測量相對常規測量有明顯的優勢，比如，利用多臺接收機同時對衛星進行同步觀測，不要求測站之間通視；GPS全天候測量，不受天氣影響；觀測時間短、數據量大，數據處理速度快，成果精度高等。

3.2GPS動態定位

實時動態定位技術，就是以載波相位觀測的實時差分技術，它是GPS測量技術的延伸與突破。對工程的施工及后期維護工作都有重要的意義。動態定位可分為動態絕對定位和動態相對定位。在GPS測量中，如靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK（Real-time kinematic）實時差分足位是一種能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它的出現極大地提高了野外作業效率。采用RTK測量在工程勘測階段可以完成地形測繪、控制網的布設、施工放樣、變形監測等工作。而且整個測量過程中不要求控制點通視，受外界環境干擾少。

3.3工程控制網中的運用

工程控制網關系到整個工程施工及竣工的關鍵所在，工程的質量、工程的進度都離不開控制網。測量控制網的精度不是相對的，不同的工程對控制網的要求也不同。邊角網是傳統控制網的方法之一，它是以三角形為基本圖形的網，圖形簡單，比較容易發現錯誤，便于計算，但是受外界環境影響比較大，布網困難大；進入20世紀90年代，隨著GPS定位技術的引進，許多工程測量單位開始用GPS布設控制網。GPS相對定位精度，在幾十公里的范圍內可達1/100000—1/200000，完全滿足《城市測量規范》的精度要求（二等最弱邊相對精度1/300000）。相對傳統控制網，GPS控制網的主要優勢有：控制點的選擇受限制少、定位精度高、觀測時間短、數據處理速度快，但是GPS控制網的在高程測量方面略有瑕疵。

3.4海洋工程測量

海洋工程測量的目的是建立海底測量控制網、海上定位和測探技術，水位的潮汐改正以及海底地形圖測繪。

水上定位由于待測船位是運動的、實時的，不可能像陸地測量那樣多測回重復測量，但在水上定位的坐標基準在陸地。運用GPS進行高精度動態測量已成為國內外一個重要研究方向。在國內海上測量大比例尺近海水下地形測量時，必須使用動態差分GPS技術進行相對定位。

測量時將GPS接收機與測深儀組合，前者進行定位測量，后者同時進行水深測量。利用便攜機記錄觀測數據，并配備一系列軟件和繪圖儀硬件，便可組成水下地形測量自動化系統。當天所測數據只用1—2h就可以處理完畢，并可及時繪出水下地形圖、測線斷面圖、水下地形立體圖等。我國水下工程的發展速度越來越快，水下測量的重要性也不言而喻。

4、工程GPS測量的流程

與常規測量方法相似，工程GPS測量過程也大致分三個階段：

4.1技術設計

技術設計一般包含選點、布設控制網、觀測。

點位的選擇應在顧及測量任務及GPS測量特點前提下進行，點位應交通方便、便于通訊聯系；點位周邊空曠，遠離電磁、電力場；選擇一點數量的水準點和平面點作為GPS點以便進行坐標轉換，這些點應均勻分布在測區的中央和邊緣。

GPS網的擴展和延伸是通過同步圖形直接的連接進行的，其方式一般有點連式、邊連式和網連式。不同的連接方式將有不同的網形結構。如果測區內含有不同等級點，可統一考慮，但不同等級點的觀測時間、基線長度以及連接方式不同。

在工程測量中，GPS測量方法主要采用靜態觀測法，有時也應用快速靜態觀測法。為消除電離層延遲影響，應采用雙頻接收機，在短邊情況下，也可采用單頻接收機。但是這些接收機應具有同時跟蹤4顆以上衛星的能力。

4.2外業觀測技術

固定測站點坐標的獲取。由偽距單點定位法取得的坐標精度一般只有50M左右，通過分析認為，固定點水平坐標誤差主要影響點的高程精度，這項附加誤差的大小與基線長度成正比，且與基線方位有關；固定點高程誤差主要影響基線的水平分量精度，甚至在轉換坐標時會影響點的相對位置。因此，選取和測準GPS網中固定點的坐標要嚴格按照測繪規范要求實施。

4.3 GPS定位數據的處理

GPS定位時，數據處理較常規測量數據處理有許多明顯的特點。例如，待處理的數據量大，數據種類多，過程復雜，方式多樣。由于隨機軟件功能齊全，自動化程度高，我們可以獲取三維坐標差及其方差——協方差陣等，最后可進行GPS網或GPS網同地面網聯合平差，得出我們所需要的成果。

結語：

綜上所述，GPS測量技術在工程測量中的應用極大地提升了工程建設的工作效率、加快了工程的進度、提高了工程的測繪質量。由于GPS測量技術的先天優越性，使它越來越受當代測繪人的追捧，這也對測量技術人員有了更高的要求，要求技術人員通過努力學習提高自身的專業知識，跟上社會發展的步伐，適應社會前進的腳步，利用GPS測量技術在工程測量中的應用，促進我國工程建設的快速發展。