淺析GPS定位技術的特點及在工程中的應用

令紫娟 王中央

摘要：全球定位系統（GPS）彌補了傳統測量作業時間長、數據要進行內業處理的缺點，實現了高精度的實時定位測量。實踐證明這種方法可被廣泛應用于多種測量工程中，而且具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：GPS;RTK;工程測量;精度;應用

1、GPS測量技術的概述

GPS定位技術的出現與發展，為工程測量技術帶來了革命性的變化，從根本上改變了工程測量的工作方式。在測繪領域，隨著全站儀的推廣普及，傳統的經緯儀、測距儀逐漸被取代。近年來，隨著GPS測量技術的發展，工程測量的作業方法更是發生了歷史性的變革。GPS測量通過接收衛星發射的信號并進行數據處理，從而求定測量點的空間位置，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。現已成功應用于工程測量、航空攝影測量、工程變形測量、資源調查等諸多領域。

1.1?GPS構成

GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成。GPS空間衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。GPS地面監控站主要由分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監測站組成。GPS用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備（如計算機）等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤衛星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，經基線解算、網平差，求出GPS接收機中心（測站點）的三維坐標。

2、GPS測量技術的分類

GPS 的定位方法，若按用戶接收機天線在測量中所處的狀態來分，可分為靜態定位和動態定位;

2.1、靜態相對定位

靜態定位技術指的是，對于靜態測量點，使用兩臺及以上接收器，通過全球衛星定位系統對測量點的位置信息進行處理與計算，最后得到測量點的準確空間信息，是精度最高的作業模式，可達到（ 2-5mm +1ppm ）。主要用于大地測量、控制測量、 變形測量、工程測量。

2.2?動態相對定位技術

動態相對定位技術是指運用GPS技術對于移動物體進行位置、速度、加速度以及時間參數的測定。與靜態相對定位技術的區別是，動態相對定位技術需要在測量對象上安裝GPS信號收發裝置，適用于精度要求不高的碎部測量，精度一般為（ 10-20mm +1ppm ）。

2.3?RTK技術

RTK技術中文全稱載波相位差分技術，是目前在我國建設工程領域測量工程中應用最多的GPS相關技術，已經被普遍運用到地圖測繪、工程點測設等領域。RTK測量技術的工作原理是在基準站上安置一臺GPS接收機，然后利用GPS連續觀測可見衛星，然后基準站通過數據鏈將測得數據和觀測站坐標信息傳輸給流動站。流動站也裝有GPS接收機，流動站不但通過GPS接收衛星信號，還通過無線電傳輸設備接收基準站的信息，然后在系統內組成差分觀測值進行實時處理，這樣移動站就可以得到更準確的測量數據，最后在移動站上根據相對定位原理，實時解算出流動站的三維坐標及其精度。適用于精度要求不高，測繪范圍10km 左右的施工放樣及碎部測量，精度可達到（ 10-20mm +1ppm ）。

3、GPS測量技術的特點

從工程測量的實施應用中，我們可以充分看到GPS測量的優越性，充分顯示了這一衛星定位技術的高精度和高效益。

3.1?GPS測量技術的優點：

（1）采用GPS技術測設方格網，比常規方法適應性更強。網形構造簡單，點的疏密和邊的長短可靈活選取，即使離已知控制點較遠也可以連接，并進行控制網的定位和定向。另外，它解決了點位之間無法通視的困難，選點靈活和方便，不需要高標，可根據實際需要確定點位，同時還可以保證外業施測不受天氣影響，可以全天候施工。測設大型（長邊）方格網和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優越性。

（2）GPS測量技術精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規范要求，而且具有較大的精度儲備。

（3）采用GPS方法布設大地控制網，因其圖形強度系數高，能夠有效地提高點位趨近速度。

（4）采用GPS-RTK測設建筑方格網與常規測量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業人員的勞動強度，一個參考站可有多臺流動站作業，流動站不需基準站指揮，單人即可獨立作業。

（5）GPS觀測時間短。隨著GPS測量技術的不斷完善，軟件的不斷更新，在進行測量時，靜態相對定位只要20min，動態相對定位只需要幾秒。

（6）儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化程度越來越高，操作智能化，觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數，接收機即可進行自動觀測和記錄。

3.2?GPS測量技術的缺點：

在大城市或山區由于高層建筑物及樹木等對信號的影響，會導致信號的非直線傳播，計算時也會引入一定的誤差。

GPS測量中所選擇的控制點位置的差異直接影響到觀測點位的精度。

GPS測量成果與常規測量成果之間，不同型號GPS測量成果之間存在差異，有時相差比較大。

4、GPS測量技術在工程測量領域的應用

4.1、用于建立工程中施工控制網

施工控制網建立的主要目的是進行施工放樣或竣工測量。施工控制網是工程施工的基準，施工測量工作是其他施工的先導，因此施工控制網的質量直接影響到工程的整體質量。為此，在工程開工以前，應根據工程的規模和要求，對施工控制網的布設方案進行認真的研究，選擇合理的測量方法，以確保工程的順利施工和施工的高質量。利用GPS技術建立施工控制網，在減輕勞動強度、降低控制點間通視的要求以及降低觀測中對氣象條件的要求等方面都有明顯的優勢。

4.2?用于水下地形測量

水利工程測量最難的是水下地形測量，水下地形資料的準確性對水利工程建設十分重要。水下地形復雜，人眼又看不見，水上作業條件差，傳統的水下地形測量方法大多采用六分儀、三桿分度儀、全站儀配合測深儀，其缺點是精度不高，測量范圈有限，工作量大，人員配置多等。隨著GPS、RTK技術在測量中的空前發展，GPS水下地形測量也得到了廣泛的應用。采用GPS技術進行水下地形測量的步驟為：將GPS、測深儀和筆記本電腦連接成一起，導航軟件對測量船進行定位，并指導測量船在指定測量斷面上航行，GPS和測深儀將實時測得數據導人筆記本電腦，由海洋測量軟件處理生成水下地形圖或導出.dat文件，再由南方測繪cass7.0地形地籍成圖軟件繪制水下地形圖。全球定位系統能較好地完成大面積水域地形測量，特別是在因氣候條件差、常規測量儀器難以完成作業的區域。從近幾年測量結果來看，GPS技術在水下地形測量的應用大大提高了測崖的精度，減少了工作量，縮短了工作日，并且輸出的數字化水下地形圖為今后地理信息系統的建立和管理創造了有利的條件。通過GPS，RTK模式測繪，提高了測量精度，大大減輕了測量人員的內、外業勞動強度。

4.3繪制精確的衛星地圖

研究人員曾在新疆米蘭遺址操作測量儀器，以繪制米蘭遺址的最精確衛星地圖。由北京特種工程設計研究總院的一支測繪小組攜帶世界最先進的測繪儀器進駐新疆米蘭遺址，在40多平方公里范圍內搜集與其有關的詳盡數據信息。在2006年年底前，測繪小組將通過先進的GPS/RTK全球衛星定位系統，最終繪制出米蘭遺址的衛星地圖，以更好地保護已知的世界最早“帶翼天使”的棲身地。繪制出米蘭遺址的衛星地圖后，中國有關部門將根據地圖所示的信息，對米蘭遺址展開細致的修繕和保護行動。

5、結語

綜上所述，在工程測量領域中，由于GPS定位技術自身獨特而強大的功能，充分顯示了它在該領域實際測量工作中比常規控制測量具有更大的優越性和適應性，GPS定位技術將在城市建設及工程測量中得到更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 陶歆貴，GPS?RTK技術在水利工程測量中的應用【J】，銅業工程，2007，2

[2] 李勝.地質工程測量中RTK的應用技術【J】，中國新技術新產品，2010，（11）

[3] 任建江，李冬梅，嚴新軍.GPS測量技術在水利工程高精度變形監測網中的應用【J】，水利水電技術，2011（02）.

作者簡介：

令紫娟，1987，女，漢族，研究生，中級講師，研究方向：測量工程;

王中央，男，1990.06.漢，陜西西安，本科，工程師

（作者單位：1.甘肅工業職業技術學院;2.中鐵第六勘察設計院集團有限公司）