探討GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

李靖

摘要：隨著GPS技術(shù)的逐漸完善，其應(yīng)用的范圍越來越寬廣，在電子行業(yè)、交通行業(yè)等重要領(lǐng)域都發(fā)揮著不可代替作用。同時(shí)GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的地位也是舉足輕重的，由于其自身的精確度高、觀測(cè)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，成為工程建設(shè)中不可缺少的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為工程測(cè)量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；工程測(cè)量；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）22-0173-02

引言

GPS又稱“全球定位系統(tǒng)”，它是通過衛(wèi)星將搜集到的相關(guān)信息傳遞到地球上的接收裝備，是利用無線電的形式進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳送，它可以向用戶提供目標(biāo)的地理位置、時(shí)間信息等。GPS作為定位系統(tǒng)的新秀，具有眾多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，隨著先進(jìn)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域的使用得到一致認(rèn)可，同時(shí)其保密性以及抗騷擾性對(duì)工程測(cè)量起到重要作用。

1GPS構(gòu)成

GPS主要由空間衛(wèi)星、地面控制及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。

1.1空間衛(wèi)星部分

全球定位系統(tǒng)的空間部分主體是空間衛(wèi)星，定位系統(tǒng)全面建成之后一共有24顆衛(wèi)星，這24顆衛(wèi)星分布在不同的軌道平面上，每個(gè)軌道平面都有三顆以上的軌道衛(wèi)星。軌道平面與赤道平面的夾角為五十五度。這樣就保證了能夠時(shí)刻對(duì)地球的任何一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)定位。

1.2地面控制部分

全球定位系統(tǒng)第二個(gè)重要組成部分就是地面控制系統(tǒng)，地面控制系統(tǒng)又可以分為三部分：分別是主控系統(tǒng)、注入系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。地面控制系統(tǒng)的主要作用是保證空間衛(wèi)星的正常運(yùn)行，并且對(duì)空間衛(wèi)星運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整結(jié)束之后，將衛(wèi)星的最新運(yùn)行參數(shù)匯總反饋到與衛(wèi)星相關(guān)的設(shè)備中去，保證定位的精確。

1.3用戶

這里所說的用戶并不是我們理解的通常意義上的用戶，這個(gè)用戶的概念是針對(duì)于全球定位系統(tǒng)來說的。沒有具體的指向，闡述的是一個(gè)服務(wù)的整體。簡而言之就是全球定位系統(tǒng)提供的授時(shí)和定位服務(wù)。具體指向某一設(shè)備的話就是地面接收機(jī)。接收機(jī)的主體是天線、電源和主機(jī)。最重要的部分是主機(jī)，主機(jī)的主要作用就是對(duì)空間衛(wèi)星發(fā)送的信息進(jìn)行接收處理并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)備檢查。主要工作原理就是在接收到衛(wèi)星的相關(guān)信號(hào)之后，就進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理，然后得出相關(guān)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，最后根據(jù)得出的數(shù)據(jù)得出有用的信息。

2GPS技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性

2.1用途廣泛

GPS技術(shù)可以應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于測(cè)繪工作者而言，GPS定位系統(tǒng)已應(yīng)用：大地測(cè)量，地殼板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，建立各種工程監(jiān)測(cè)網(wǎng)和進(jìn)行各種工程測(cè)量等。

2.2自動(dòng)化程度高

用GPS接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，僅需一人將天線準(zhǔn)確地安置在測(cè)站上，量測(cè)天線高，接通電源，啟動(dòng)接收單元，儀器即自動(dòng)開始工作，在結(jié)束測(cè)量時(shí)只需關(guān)閉電源，接收機(jī)便完成野外數(shù)據(jù)采集，若在一個(gè)測(cè)站上需要作長時(shí)間的連續(xù)測(cè)量，還可實(shí)行無人值守的數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)傳輸，將所采集的定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的GPS測(cè)量和計(jì)算。

2.3定位精度高

GPS測(cè)量技術(shù)可以為測(cè)量點(diǎn)提供精確的三維坐標(biāo)，滿足各種測(cè)量工程的要求，測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的測(cè)量精度，在小于50km的基線上，定位精度可以達(dá)到1×1^-6，在100-500km的基線范圍內(nèi)，定位精度可以達(dá)到1×10^-8，實(shí)驗(yàn)證明，基線越長，GPS測(cè)量技術(shù)的定位精度越高。另外，GPS測(cè)量技術(shù)不受地形地勢(shì)等環(huán)境因素的影響，可以滿足測(cè)量工程的需要，故其適用于各種測(cè)量工程。

2.4觀測(cè)時(shí)間短

運(yùn)用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，整個(gè)過程需要花費(fèi)的時(shí)間比較短。如果是采用布設(shè)控制網(wǎng)的方法，在每個(gè)控制點(diǎn)上花費(fèi)的觀測(cè)時(shí)間在30min左右，而如果此時(shí)采用快速靜態(tài)定位法，則觀測(cè)的時(shí)間還可以大大縮短。

2.5全天候?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)

應(yīng)用GPS定位、導(dǎo)航，不受天氣的影響，可以全天候地工作。這一特點(diǎn)保證了變形監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和自動(dòng)化。

3GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

3.1常規(guī)靜態(tài)測(cè)量

采用兩臺(tái)（或兩臺(tái)以上）GPS接收機(jī)，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩端，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段根據(jù)基線長度和測(cè)量等級(jí)觀測(cè)45分鐘以上的時(shí)間。這種模式一般可以達(dá)到5mm+1ppm的相對(duì)定位精度。常規(guī)靜態(tài)測(cè)量常用于建立全球性或國家級(jí)大地控制網(wǎng)，建立地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、建立長距離檢校基線、進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。

3.2快速靜態(tài)測(cè)量

在一個(gè)已知測(cè)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。移動(dòng)站接收機(jī)依次到各待測(cè)測(cè)站，每測(cè)站觀測(cè)數(shù)分鐘。這種模式常用于控制網(wǎng)的建立及其加密、工程測(cè)量、地籍測(cè)量等。需要注意的是這種方法要求在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)；流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過20km。

3.3準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量

在一個(gè)已知測(cè)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。移動(dòng)站接收機(jī)在進(jìn)行初始化后依次到各待測(cè)測(cè)站，每測(cè)站觀測(cè)幾個(gè)歷元數(shù)據(jù)。這種模式可用于開闊地區(qū)的加密控制測(cè)量、工程定位及碎部測(cè)量、剖面測(cè)量及線路測(cè)量等。需要注意的是這種方法要求在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)；流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過20km。另外，有一種連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量，也屬于這種模式。

3.4實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量則是實(shí)時(shí)得到高精度的測(cè)量結(jié)果。具體方法是：在一個(gè)已知測(cè)站上架設(shè)GPS基準(zhǔn)站接收機(jī)和數(shù)據(jù)鏈，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，并通過數(shù)據(jù)鏈向移動(dòng)站發(fā)送數(shù)據(jù)。移動(dòng)站接收機(jī)通過移動(dòng)站數(shù)據(jù)鏈接收基準(zhǔn)站發(fā)射來的數(shù)據(jù)，并在機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)時(shí)得到移動(dòng)站的高精度位置。DGPS通常叫做實(shí)時(shí)差分測(cè)量，精度為亞米級(jí)到米級(jí)，這種方式是基準(zhǔn)站將基準(zhǔn)站上測(cè)量得到的RTCM數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)揭苿?dòng)站，移動(dòng)站接收到RTCM數(shù)據(jù)后，自動(dòng)進(jìn)行解算，得到經(jīng)差分改正以后的坐標(biāo)。RTK則是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破。它的工作思路與DGPS相似，只不過是基準(zhǔn)站將觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)站（而不是發(fā)射RTCM數(shù)據(jù)），移動(dòng)站接收機(jī)再采用更先進(jìn)的在機(jī)處理方法進(jìn)行處理，從而得到精度比DGPS高得多的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。這種方法的精度一般為2厘米左右。

3.5水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)定

在工程測(cè)量中，水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)定也是其中一項(xiàng)比較重要的技術(shù)。采用傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果沒有事先進(jìn)行仔細(xì)地考察和運(yùn)算，那么在整個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)定過程中就有可能會(huì)出現(xiàn)各種漏洞，測(cè)量精度也會(huì)有所下降。如果水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定的結(jié)果出現(xiàn)偏差，那隨著距離的逐漸增大，給施工帶來的誤差也就越大，工程的質(zhì)量也就理所當(dāng)然地受到了較大的影響。此時(shí)若利用GPS測(cè)量技術(shù)，可以通過接收來自衛(wèi)星的信號(hào)，從而準(zhǔn)確地測(cè)定臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的具體位置，由此一來，既有利于加快工程觀測(cè)的進(jìn)度，也較大地提高了測(cè)量結(jié)果的精度。所以在工程水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)定工作中，采用GPS測(cè)量技術(shù)，測(cè)定精度和效率都將會(huì)有所提高。

4GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的發(fā)展前景

在工程測(cè)量的工作中，GPS技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而且其發(fā)展前景也是相當(dāng)可觀。

（1）GPS技術(shù)與作業(yè)的環(huán)境和距離沒有關(guān)系，其測(cè)量的精度非常高，像公路、鐵路等比較特殊地形的地籍測(cè)量也是相當(dāng)方便的。

（2）GPS技術(shù)在取得地籍控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)時(shí)，速率也非常快。

（3）針對(duì)界址點(diǎn)的測(cè)量，GPS-RTK技術(shù)可以更快、更有效地完成，而且界址點(diǎn)的放樣也能夠?qū)崿F(xiàn)。

（4）在測(cè)量過程中，GPS技術(shù)主要的局限就是信號(hào)受到干擾，所以，GPS技術(shù)在使用時(shí)，其有些信號(hào)的干擾問題可以通過全站儀的測(cè)量進(jìn)行解決，這會(huì)使工作效率提高的更快。

5結(jié)束語

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS在工程測(cè)量各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，比如交通運(yùn)輸工程、水利水電工程等等，這極大的提升了工程測(cè)量的效率，縮短了工程測(cè)量的時(shí)間，提升了工程測(cè)量的精準(zhǔn)度。但目前GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用還有很多問題需要進(jìn)行探討和研究，這就要求我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，充分發(fā)揮GPS測(cè)量技術(shù)的使用價(jià)值，以期能夠更好的促進(jìn)工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。