淺析GPS測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

摘要：隨著測量技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的測量技術(shù)已經(jīng)逐步被淘汰，新的測量技術(shù)GPS逐漸取代傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、測距儀，GPS測量技術(shù)越來越起到至關(guān)重要的作用，測量精度得到了大幅度的提高，為工程建設(shè)提供了重要的參考。

關(guān)鍵詞：GPS;測量技術(shù);工程;應(yīng)用

一、 GPS測量技術(shù)在工程測量的應(yīng)用及發(fā)展

隨著科技的發(fā)展，GPS測量技術(shù)的發(fā)展給工程測量的作業(yè)方法帶來了歷史性的變革。GPS測量是經(jīng)過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)處理，分析，從而得到被測量點的空間位置。GPS具有精密的三維導(dǎo)航和定位功能，能夠全能性、不受干擾地完成測量，不受天氣氣候影響，能夠連續(xù)實時地將數(shù)據(jù)反饋，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程測量，并得到了較快的發(fā)展。

二、 GPS測量設(shè)備組成

GPS主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。

21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成了GPS空間衛(wèi)星星座。6個軌道平面內(nèi)均勻分布在24顆衛(wèi)星，軌道平面呈55°傾角，衛(wèi)星的平均高度為20200km，運行周期為11h58min。衛(wèi)星可以不間斷地傳播導(dǎo)航定位信號，由兩個L波段的無線電載波傳播，衛(wèi)星的位置信息被包含在導(dǎo)航定位信號中，衛(wèi)星是一個已知點，動態(tài)運行。在地球的任何地點、任何時刻，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6～9顆衛(wèi)星。

全球的一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站組成了GPS地面監(jiān)控站。主控站根據(jù)各監(jiān)測站的GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)來計算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等，并將數(shù)據(jù)編制成導(dǎo)航電文輸送到注入站，再由注入站將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文存儲在相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器中。

GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備組成了GPS用戶設(shè)備。待測衛(wèi)星的信號捕獲到固定衛(wèi)星高度的截止角，通過跟蹤衛(wèi)星，信號經(jīng)過交換放大處理后，經(jīng)過計算機的計算軟件解出基線和網(wǎng)平差，從而得到了GPS接收機中心（測站點）的三維坐標。

三、 GPS測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

（一） GPS測量適應(yīng)性強

GPS技術(shù)測設(shè)方格網(wǎng)在適應(yīng)性上強于常規(guī)方法，網(wǎng)形構(gòu)造簡單，點的疏密和邊的長短靈活性強，不受局限，可以連接較遠的已知控制點，實現(xiàn)對控制網(wǎng)的定位和定向，不受點位之間無法通視的影響，點位選取靈活，高標可以不用選擇，不受外界天氣的影響。

GPS衛(wèi)星的數(shù)目較多，均勻分布在地球周圍，全球地面連續(xù)覆蓋，使得地球上任何地方的用戶在任意時段內(nèi)可以同時觀測到4顆以上的GPS衛(wèi)星，可以在任意時間和地點連續(xù)觀測。測設(shè)大型（長邊）方格網(wǎng)和通視條件有困難時，GPS衛(wèi)星體現(xiàn)出其優(yōu)越性。GPS不受限于通視條件，小范圍測量時工程成本較高，根據(jù)工程的實際情況，必要時選用投入少的儀器，常用的儀器有全站儀、經(jīng)緯儀和水準儀，點和點之間可以實現(xiàn)相互通視，布設(shè)控制網(wǎng)時必須要達到通視的條件，否則會給工程測量工作帶來很大的麻煩和困難，尤其在大型橋梁的控制網(wǎng)中表現(xiàn)尤為突出，將使強度和精度大打折扣，影響到橋梁工程的質(zhì)量。

（二） GPS測量精度高

GPS方格網(wǎng)點位具有精度高的優(yōu)點，誤差分布較為均勻，符合規(guī)范要求，進行測量作業(yè)時受環(huán)境和距離的影響較小，即使是在地形差、局部重點工程中也可以全方位地完成測量工作，可以精確地完成目標的定位，確定其三維位置，并且可以測量運動中的速度，60s可以將精度保持在±0.1m距離，體現(xiàn)了其定位精度高的優(yōu)勢，對于載波相位的相對定位也會在20min以內(nèi)完成定位，精度可以達到±5mm，若采用實時差分定位，可以將精度達到厘米級。在對方格網(wǎng)測量精度指標時，使用點位中誤差比使用相對中誤差來表示精度更為合理。

（三） GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)在工程測量中的應(yīng)用

在使用GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)時，具有圖形強度系數(shù)高的優(yōu)點，可以顯著提高點位趨近速度。在網(wǎng)形優(yōu)化方面也便利。目前，常規(guī)測距、測角手段的大地控制網(wǎng)方法已逐漸淘汰，GPS測量技術(shù)控制網(wǎng)在我國20世紀90年代已開始，它利用GPS定位技術(shù)重新測量我國基礎(chǔ)控制網(wǎng)。由于全國性的大地控制網(wǎng)點之間相距數(shù)千至上萬公里之間，一般的測量工具遠遠不能滿足高精度控制點的測量要求，不僅僅效率低，而且消耗人力，勞動強度大，并且得不到準確的結(jié)果，而采用GPS控制網(wǎng)，可以將相距幾十公里的測量點測量出來，并且測量出來的數(shù)據(jù)具有精度高、面積大、使用頻的優(yōu)勢特點，這是傳統(tǒng)測量方法遠遠不能夠完成的，由于其測量精度均勻性差，效率低，存在費時費工的缺點，一些控制點經(jīng)常性地被破壞去掉，GPS測量可以很好地完成這些難題，在工程測量中得到了廣泛應(yīng)用，取得突破性發(fā)展。若采用GPS-RTK測設(shè)建筑方格網(wǎng)，比常規(guī)測量法提高一倍以上的效率，還能大幅度降低作業(yè)人員的勞動強度，提高了數(shù)據(jù)的準確性。一個參考站可有多臺流動站作業(yè)，流動站不需基準站指揮，單人即可獨立作業(yè)，可以及時將數(shù)據(jù)反饋給基站，完成測量工作。

四、 結(jié)論

在工程測量領(lǐng)域中，由于GPS定位技術(shù)自身獨特而強大的功能，充分顯示了它在該領(lǐng)域?qū)嶋H測量工作中比常規(guī)控制測量具有更大的優(yōu)越性和適應(yīng)性。隨著該技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，以及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，GPS定位技術(shù)將在城市建設(shè)及工程測量中得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

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作者簡介：

郭天虎，河南省洛陽市，洛陽理工學(xué)院。