GPS在精密工程測(cè)量中的應(yīng)用研究

胡建軍 張超

摘 要：伴隨當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度進(jìn)一步加快，工程項(xiàng)目也在逐步增多，GPS技術(shù)在測(cè)量行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，在技術(shù)方面也越來(lái)越完善，除了可以在一些普通工程當(dāng)中進(jìn)行測(cè)量之外，GPS技術(shù)還可以在一些精密的工程測(cè)量當(dāng)中進(jìn)行使用。和一些普通GPS控制測(cè)量相比，GPS精密工程測(cè)量在外業(yè)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理等諸多方面都有一定的差異，所以相關(guān)人員一定要將這個(gè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)充分的發(fā)揮出來(lái)，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究，保證讓測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和精確性提高，加快精密測(cè)量行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GPS；精密工程測(cè)量；應(yīng)用；坐標(biāo)基準(zhǔn)

1GPS系統(tǒng)的構(gòu)成

GPS系統(tǒng)主要是由地面監(jiān)控站、天上的衛(wèi)星和用戶設(shè)備三個(gè)部分組成。空間衛(wèi)星并非只是一個(gè)衛(wèi)星，而是有很多衛(wèi)星組合而成的，通常條件來(lái)說(shuō)需要有正常運(yùn)行的21顆人造衛(wèi)星以及三顆備用的在軌衛(wèi)星共同組成。在這些衛(wèi)星運(yùn)行的過(guò)程中在各個(gè)軌道平面當(dāng)中均勻的分布，這樣就可以讓GPS用戶在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都能夠觀測(cè)到6顆以上的衛(wèi)星。最多的時(shí)候可以觀測(cè)到9顆衛(wèi)星，這樣就可以24小時(shí)不間斷對(duì)衛(wèi)星的無(wú)線電載波進(jìn)行接收。在衛(wèi)星信息定位的過(guò)程中，衛(wèi)星是動(dòng)態(tài)的已知點(diǎn)，而且同步衛(wèi)星可以與地球的自轉(zhuǎn)同步運(yùn)動(dòng)。

在整個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，地面監(jiān)控站也是非常重要的，一個(gè)GPS監(jiān)控站，分為5個(gè)監(jiān)測(cè)站、3個(gè)注入站以及1個(gè)主控站。在全球的各個(gè)區(qū)域當(dāng)中分布，簡(jiǎn)而言之，主控站主要用于對(duì)GPS衛(wèi)星發(fā)送到地球的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并且對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯編和處理，將處理好的數(shù)據(jù)向注入站當(dāng)中發(fā)送，注入站對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，接著向衛(wèi)星當(dāng)中發(fā)送，并且進(jìn)行存儲(chǔ)。

GPS接收站是計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)軟件等終端設(shè)備共同組成的設(shè)備，整套用戶設(shè)備可以對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行捕捉，并且對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤，終端設(shè)備當(dāng)中的相關(guān)軟件可以有效的分析獲得的信號(hào)，并且通過(guò)計(jì)算獲取在地球上的三維坐標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行定位，用戶設(shè)備在GPS定位系統(tǒng)當(dāng)中是非常重要的一個(gè)部分。

2關(guān)于GPS定位技術(shù)的技術(shù)特性分析

在當(dāng)前GPS定位技術(shù)是一種系統(tǒng)化的定位技術(shù)，在進(jìn)行精密工程測(cè)量的時(shí)候，其技術(shù)特點(diǎn)如下所示。

首先在測(cè)量的過(guò)程中，其區(qū)域范圍較小，而且網(wǎng)中基線相對(duì)較短，一般來(lái)說(shuō)需要將其控制在5公里以內(nèi)，另外在工作的過(guò)程中，GPS接收機(jī)衛(wèi)星信號(hào)通常條件下也會(huì)出現(xiàn)一些誤差特性，比如說(shuō)對(duì)流層折射誤差、衛(wèi)星鐘差等。通過(guò)相關(guān)的差分計(jì)算，可以有效的控制和抵消出現(xiàn)的公共誤差，通過(guò)GPS定位技術(shù)可以合理的對(duì)觀測(cè)方案進(jìn)行制定，保證設(shè)計(jì)方案的規(guī)范化，可以獲得精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。

其次，可以使用精密衛(wèi)星星歷在精密定位的條件下，合理的對(duì)精密衛(wèi)星星歷進(jìn)行使用，通過(guò)這樣的方式可以有效的獲取衛(wèi)星軌道信息、GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)等相關(guān)信號(hào)，可以保證對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行控制，并且讓測(cè)量值的精確度提高。

第三，很容易獲得較高的相對(duì)精度。在wgs84坐標(biāo)的條件下，通過(guò)GPS測(cè)量技術(shù)能夠獲得較好的相對(duì)精度，如果采用的測(cè)量方法較為合適，有機(jī)的結(jié)合一些數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在通過(guò)網(wǎng)平差之后可以保證GPS的相對(duì)精度達(dá)到毫米級(jí)，另外如果細(xì)化測(cè)量技術(shù)，甚至可以達(dá)到亞毫米級(jí)，這樣可以符合精密工程測(cè)量的具體需要。

第四，可以靈活的選擇工作點(diǎn)，在通視方面的要求不嚴(yán)格，通過(guò)常規(guī)測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，需要保證相鄰側(cè)觀測(cè)點(diǎn)相互通視，這樣在工作的過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)很大的制約，另外還需要讓連接點(diǎn)增加，通過(guò)這樣的方式符合要求不單單會(huì)造成工作量大幅度增加，還會(huì)對(duì)精確度產(chǎn)生影響，而通過(guò)GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量不需要對(duì)各個(gè)點(diǎn)間的通視條件進(jìn)行考慮，讓選取工作點(diǎn)的靈活度大幅度提高，可以確保測(cè)量的精確性。

最后，自動(dòng)化程度較高，可以全天候的進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)。GPS技術(shù)是一種單純系統(tǒng)，簡(jiǎn)而言之用戶只需要進(jìn)行GPS信號(hào)的處理就可以讓晝夜觀測(cè)得以實(shí)現(xiàn)，就算是在有霧或者小雨的條件下，常規(guī)觀測(cè)無(wú)法進(jìn)行，GPS技術(shù)的應(yīng)用也不會(huì)受到較大的影響力，與此同時(shí)，GPS定位技術(shù)還能夠簡(jiǎn)便的進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行信號(hào)的內(nèi)業(yè)處理，這樣可以獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而且在操作過(guò)程中具有較高的效率，而且成本較低，優(yōu)勢(shì)非常明顯。

3GPS在精密工程測(cè)量中的應(yīng)用

精密工程當(dāng)中通過(guò)GPS定位技術(shù)的使用可以有效的提高測(cè)量工作的工作效率，讓人員的勞動(dòng)量降低，在進(jìn)行工程測(cè)量的過(guò)程中具有非常重要的意義，一定要重視GPS在精密工程測(cè)量中的應(yīng)用。

3.1建立精密工程控制網(wǎng)

在進(jìn)行精密工程測(cè)量的過(guò)程中，控制網(wǎng)具有覆蓋面積小，而且點(diǎn)位密度較大，精確度較高等諸多優(yōu)點(diǎn)，與項(xiàng)目工程的性質(zhì)和規(guī)模相結(jié)合，合理的確定精密控制網(wǎng)的網(wǎng)型以及精度。在精密工程網(wǎng)當(dāng)中，一般條件下使用的是邊角網(wǎng)，可以為工程的維護(hù)管理和施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，精密工程測(cè)量的過(guò)程中合理的對(duì)GPS技術(shù)進(jìn)行使用，能夠形成完善的工程控制網(wǎng)，主要包含了隧道工程控制網(wǎng)、變形測(cè)量控制網(wǎng)等。

在進(jìn)行精密工程控制網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，可以通過(guò)載波相位靜態(tài)拆分技術(shù)進(jìn)一步提升測(cè)量的精確度，在精密工程控制網(wǎng)監(jiān)理的時(shí)候，合理的這GPS進(jìn)行應(yīng)用，可以讓點(diǎn)位選擇范圍擴(kuò)大，讓測(cè)量時(shí)間大幅度縮短，并且有效的提升控制網(wǎng)的質(zhì)量。與此同時(shí)，這種技術(shù)在測(cè)量的過(guò)程中可以節(jié)約建設(shè)成本，可以讓測(cè)量的費(fèi)用大幅度降低，尤其是在一些隧道工程及道路工程。在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)GPS技術(shù)能夠?qū)⒖刂凭W(wǎng)縱向過(guò)長(zhǎng)或者橫向過(guò)短等問(wèn)題有效的解決。在此過(guò)程中可以通過(guò)GPS點(diǎn)形成三角鎖，保證長(zhǎng)距離路線坐標(biāo)的一致性。與此同時(shí)，在一些隧道地鐵等地下工程施工的過(guò)程中，貫通速度和貫通精度是非常關(guān)鍵的，通過(guò)GPS技術(shù)可以有效的建立地下工程控制網(wǎng)，有效的解決出現(xiàn)的一些問(wèn)題，尤其是縱向跨度過(guò)大的問(wèn)題，保證工程在建設(shè)的過(guò)程中具有較高的貫通速度和貫通精度。

3.2設(shè)置GPS基線向量網(wǎng)

GPS基線向量網(wǎng)需要重視觀測(cè)前后的設(shè)置。在觀測(cè)工作開(kāi)始之前一定要與實(shí)際情況相結(jié)合，合理的進(jìn)行GPS測(cè)量方案的制定。在方案內(nèi)容當(dāng)中，重視測(cè)量目的測(cè)量的范圍以及相關(guān)的人員。在確定相關(guān)要求之后還需要注意對(duì)工程建設(shè)后期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，比如說(shuō)資金的限制、工期的要求等。依照相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行工程測(cè)量技術(shù)方案的編制，加強(qiáng)前期準(zhǔn)備的工作。在準(zhǔn)備的過(guò)程中，需要注意相關(guān)細(xì)節(jié)，在方案編制的過(guò)程中需要加強(qiáng)整體化、規(guī)范化、合理化。

要進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，需要安排相應(yīng)的人員進(jìn)行測(cè)量和選點(diǎn)埋石等相關(guān)工作。在測(cè)區(qū)進(jìn)行GPS精密測(cè)量的過(guò)程中，首先需要熟悉測(cè)區(qū)點(diǎn)位的具體情況，主要包含了測(cè)區(qū)的交通情況、點(diǎn)位位置，防止在測(cè)量的過(guò)程中出現(xiàn)一定的麻煩，需要對(duì)衛(wèi)星預(yù)報(bào)進(jìn)行仔細(xì)的研究，在此條件下合理的選擇觀測(cè)的時(shí)間點(diǎn)，并且與觀測(cè)的進(jìn)度以及衛(wèi)星的具體情況相結(jié)合，優(yōu)化調(diào)整精密工程測(cè)量方案，派出專門的人員進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，還需要及時(shí)的對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和獲取。

在測(cè)量的后期一定要注意測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真的分析評(píng)估，通過(guò)外業(yè)觀測(cè)對(duì)基線向量的質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查，并且獲取相關(guān)控制點(diǎn)內(nèi)部各點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)GPS控制網(wǎng)的整體數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析，進(jìn)一步總結(jié)相關(guān)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，并且對(duì)獲得的成果進(jìn)行分析和驗(yàn)收，保證獲取的數(shù)據(jù)符合要求。

結(jié)束語(yǔ)

和傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，GPS定位技術(shù)不管是在適用性方面還是在精確度方面都有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，可以讓工程測(cè)量過(guò)程中的出現(xiàn)的問(wèn)題得到有效的解決，讓工程測(cè)量的效率和質(zhì)量大幅度提高。

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（作者單位：上海振華重工（股份）有限公司長(zhǎng)興分公司）