GPS測量技術在工程測繪中的應用探討

孟憲偉/青島瑞源工程集團有限公司

GPS測量技術在工程測繪中的應用探討

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GPS 的出現給測繪領域帶來了根本性的變革，具體體現在大地測量方面，GPS 定位技術以其精度高、速度快、費用省、操作簡便等優良特性被廣泛應用于大地控制測量中。本文對GPS測量技術在工程測繪中的應用進行了探討分析。

GPS；工程測繪；應用探討

引 言

GPS 測量技術的出現和不斷發展，極大地促進了測繪工作的進步，不僅使測繪的工作方式發生了根本性的變革，也大大提高了工程測繪的工作效率、拓寬了工程測繪的服務范圍。文章首先探析了 GPS 在工程測繪中的特點，論述了 GPS 測量技術在工程測繪中的應用等，有一定的理論價值和現實意義。

一、 GPS 測量技術應用

在工程測量領域，GPS 定位技術正在日益發揮其巨大作用。如，利用 GPS 可進行各級工程控制網的測量、GPS 用于精密工程測量和工程變形監測、利用 GPS 進行機載航空攝影測量、利用 RTK 技術進行點位的測設等。在災害監測領域，GPS 可用于地震活躍區的地震監測、大壩監測、油田下沉、地表移動和沉降監測等，此外還可用來測定極移和地球板塊的運動。

二、GPS 相對于其他衛星定位系統的特點

GPS 系統是目前在導航定位領域應用最為廣泛的系統，它以高精度、全天候、高效率、多功能、易操作等特點著稱，比其他導航定位系統具有更強的優勢。GPS 定位技術能達到毫米級的靜態定位精度和厘米級的動態定位精度。

三、GPS 測量的特點

GPS 可為各類用戶連續提供動態目標的三維位置、三維速度及時間信息。GPS 測量主要特點如下：

（一）功能多、用途廣

GPS 系統不僅可以用于測量、導航，還可以用于測速、測時。測速的精度可達0.1m /s，測時的速度可達幾十毫微妙。其應用領域不斷擴大。

（二）定位精度高

大量的實驗和工程應用表明，用載波相位觀測量進行靜態相對定位，在小于50km的基線上，相對定位精度可達1×10-6～2×10-6，而在100～500km 的基線上可達10-6～10-7。隨著觀測技術與數據處理方法的改善，可望在大于1000km的距離上，相對定位精度達到或優于10-8。在實時動態定位（RTK）和實時差分定位（RTD）方面，定位精度可達到厘米級和分米級，能滿足各種工程測量的要求。隨著GPS 定位技術及數據處理技術的發展，其精度還將進一步提高。

（三）實時定位

利用全球定位系統進行導航，既可實時確定運動目標的三維位置和速度，可實時保障運動載體沿預定航線運行，亦可選擇最佳路線。特別是對軍事上動態目標的導航，具有十分重要的意義。

（四）觀測時間短

目前，利用經典的靜態相對定位模式，觀測 20km 以內的基線所需觀測時間，對于單頻接收機在1h左右，對于雙頻接收機僅需15～20min。采用實時動態定位模式，流動站初始化觀測 1～5min 后，并可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。利用GPS 技術建立控制網，可縮短觀測時間，提高作業效益。

（五） 觀測站之間無需通視

經典測量技術需要保持良好的通視條件，又要保障測量控制網的良好圖形結構。而 GPS 測量只要求測站15°以上的空間視野開闊，與衛星保持通視即可，并不需要觀測站之間相互通視，因而不再需要建造覘標。這一優點即可大大減少測量工作的經費和時間（一般造標費用約占總經費的30%～50%），同時，也使選點工作變得非常靈活，完全可以根據工作的需要來確定點位，可通視也使電位的選擇變得更靈活，可省去經典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。不過也應指出，GPS 測量雖然不要求觀測站之間相互通視，但為了方便用常規方法聯測的需要，在布設 GPS點時，應保證至少一個方向通視。

（六）操作簡便 GPS 測量的自動化程度很高

對于“智能型”接收機，在觀測中測量員的主要任務只是安裝并開關儀器、量取天線高、采集環境的氣象數據、監視儀器的工作狀態，而其他工作，如衛星的捕獲、跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成。結束觀測時，僅需關閉電源，收好接機，便完成野外數據采集任務。如果在一個測站上需要作較長時間的連續觀測，還可實行無人值守的數據采集，通過網絡或其他通訊方式，將所采集的觀測數據傳送到數據處理中心，實現全自動化的數據采集與處理。GPS 用戶接收機一般重量較輕、體積較小。例如，Ashtech 單頻接收機——LOCUS 最大重量1.4kg，是天線、主機、電源組合在一起的一體機，自化程度較高，野外測量時僅“一鍵”開關，攜帶和搬運都很方便。

（七） 可提供全球統一的三維地心坐標

經典大地測量將平面和高程采用不同方法分別施測。GPS測量中，在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測量觀測站的大地高程。GPS 測量的這一特點，不僅為研究大地水準面的形狀和確定地面點的高程開辟了新途徑，同時也為其在航空物探、航空攝影測量及精密導航中的應用，提供了重要的高程數據。GPS定位是在全球統一的 WGS－84 坐標系統中計算的，因此全球不同點的測量成果是相互關聯的。

（八）全球全天候作業

GPS 衛星較多，且分布均勻，保證了全球地面被連續覆蓋，使得在地球上任何地點、任何時候進行項觀測工作，通常情況下，除雷雨天氣不宜觀測，一般不受天氣狀況的影響。因此，GPS 定位技術的發展是對經典測量技術的一次重大突破。一方面，它使經典的測量理論與方法產生了深刻的變革；另一方面，也進一步加強了測量學與其他學科之間的相互滲透，從而促進了測繪科學技術的現代化發展。

四、GPS 高差與三角高差的差值分析

對比數據由 GPS 網中隨機抽取，共抽取 8 條基線，并對其進行三角高差測量。表 1 中往返高差限差均按《光電測距高程導線測量規范》要求的四等高程導線往返高差限差Δh＝±45S計算。我們可以看到每一段的 GPS 高差與三角高差的差值都優于規范要求，而且每公里高差誤差最大值為±3.29 cm，可見在小面積范圍內 GPS 高差精度已經達到了四等高程導線的精度。

五、結束語

檢測結果表明，10km2范圍內 GPS 高差完全可以取代四等三角高差及等外水準高差而應用于施工當中。由此可見，在小面積的測區內如果采用單點作為測區起算點而建立的獨立坐標系統下，GPS 高程也同樣能滿足像地質礦產勘查與物化探工程測繪的精度要求。

[1]王金山、周園.測量學基礎［M］.北京：教育科學出版社，2015.

[2]孟凡超.GPS－RTK 與全站儀聯合作業在數字測圖中的應用［J］.北京測繪，2015（2）.