GPS技術在工程測量中的應用探討

馬理想

摘 要：隨著我國全球定位系統（GPS）技術的不斷進步發展，GPS定位技術在全球測繪技術領域發揮著越來越重要的作用，使測繪技術在定位系統技術領域取得革命性的技術突破，為我國工程測量技術不斷發展進步提供嶄新的方法和技術。簡要性地介紹GPS技術的工作原理、特點，并對目前GPS技術在工程測量的主要應用領域作出探討，借此給其他的測量研究人員提供一點借鑒。

關鍵詞：GPS技術;工程測量;應用探討

引言

隨著科技的發展，我們的交通和生活各個環境都離不開GPS，GPS技術的成功研發和普遍使用，讓我們的生活越來越便捷。目前，我國軌道交通和建筑工程事業的快速發展，高測量速度、高效率、高測量精度的GPS技術在我國建筑工程測量事業中的應用正在逐步擴大。

1 GPS定位系統的形成、定位原理

1.1 GPS定位系統的形成

GPS衛星定位系統由地球衛星監控星座（地球空間部分）、地面衛星監控定位系統（衛星地面部分）、GPS衛星接收機（衛星用戶監控設備接收部分）模塊組成。它主要的核心功能任務是：能夠精準的讓發射到宇宙的衛星進行實時監測，每一顆在宇宙的衛星都能夠時刻準確的播報信息電文，包括每顆衛星導航星歷（星圖即一系列用于描述每顆衛星軌道運動修正軌道速度參數的衛星數據）、衛星軌道鐘差和地球大氣運動修正溫度參數等;GPS衛星接收機構也是一種能夠實時接收、跟蹤、變換和實時測量衛星GPS導航信號的衛星接收通信設備，由一個主機、天線和多個電源部件組成。GPS全球衛星信號發送的全球導航圖和定位衛星信號的也即稱為GPS衛星信號，是一種具有全球性可共享的衛星信息技術資源。一些應用GPS系統非常頻繁的企業，可以通過GPS接收機，在任何的時間或者條件下，接受到定位信號，從而進行各項測量工作，這樣就可以方便各個企業的工作。

1.2 GPS定位原理

后方定位交會，也就是GPS的原理。如果需要已知一顆空間衛星GPS發射衛星的瞬時信號位置，若僅需要確定衛星測點到站點的三維直線坐標則空間，GPS衛星接收機只要同時接收并測到3顆星向GPS空間衛星測點發射的瞬時信號，即得到該衛星發射到達的測點和站點的三維幾何直線距離，就足以可根據后方衛星交會觀測原理，確定發射出衛星測點到站點的三維直線坐標。

2 GPS在工程測量中的應用

2.1 建立工程控制網

在工程測量中，對于整個工程的建設和日常維護還有管理而言，工程控制網是非常重要的，它對于工程測量來說，可以根據工程的相關要求和精度來進行設計，從而方便工程中的測量工作。通常來說，工程控制網絡的特點是密度不大、精度很高并且影響的面積比較小。用的是常規的施工方法，多可以采用矩形邊角網。采用GPS自動定位的設計方法即可建立一個工程控制信息網，具有工程點位方式選擇時間限制少，作業運行時間短，成果分析精度高，工程維護費用低等幾大優點。采用手動GPS控制技術，由于傳輸點與線兩點之間不一定需要手動通視，可以自動布設出由很長的幾個GPS點坐標構成的自動三角鎖，以便于保持長時間距離傳輸線路對點坐標自動控制的精確一致性。通過在實際中對應用的檢測情況進行比較，我們可以總結并得出在平均檢測邊長在5公里以下的專業工程中用GPS無線控制局域網，用雙頻無線接收機進行觀測20-30min范圍即可可以達到能夠滿足專業工程中高精度檢測要求的良好檢測結果。

2.2 變形監測

變形地基監測主要目的是用來監測一下像長江大橋、水庫和核大壩、高層辦公大樓等大型建筑物、構筑物的整體地基變形沉降、位移以及建筑整體的地基傾斜等變形狀況。應用在大型短邊天線監測網中比如大型水庫邊和大壩短邊監測中，不僅可以直接替代其他常規邊、角天線監測網，還可以同時取得標準毫米等級，甚至亞標準毫米等級的高精度的絕對大地平面垂直位移與相對大地垂直位移監測數據;在小區有一定條件（可以解決小區多路徑監測效應，如小區采用監測天線的條件情況下，小區域范圍內以絕對大地高精度取代高水準精度的絕對水準測量的監測是相當有可能的。

2.3 帶RTK的碎部測量與放樣

RTK（realtimekinematic）差分技術，即不同載波進行相位觀測差分處理技術，是實時處理兩個對觀測站不同載波進行相位差分觀測的變量的一種差分處理方法。rtk的系統由兩個大部分共同組成：無線基準觀測站（具體坐標位置已知）和無線移動基準站（沒有用戶無線接收機）。其主要基本原理功能是：將采集基準站已經采集的用戶載波差分相位信息發送給指定用戶，用戶根據采集基準站的載波差分相位信息，對其進行相位求差解析計算獲得用戶載波位置上的坐標，因而簡捷易行。

2.4 區域差分網下的碎部測量與放樣

差分碎部函數測量和差分放樣，二者是GPS系統在區域性網絡下的表現形式，這是根據在這個區域內，根據GPS的局部差分網絡來進行工作的。GPS的使用用戶，可以通過專用的信號接收機，來實時觀察自己的位置和信號，從而來保證各個區域相關信息的改正權在自己的手上，通過按照非等值的方法來計算平差值，就可以將自己所形成的相位差分的信息進行改正，從而實現區域差分精準定位。

3 GPS技術在工程測量中的優缺點

3.1 GPS技術應用于工程測量中的優點

用途廣泛：GPS創新技術中的產品目前可廣泛應用于經濟發展國家國民經濟的各個領域。對于目前全球地質測繪以及地理信息行業而言，GPSs等全球地質定位系統已廣泛應用于包括：進行全球地質大地測量，地殼運動地質工程板塊運動天體地質運動等的地質氣象監測。定位精度高：大型地區高層公寓建筑物、構筑物以及墻體結構變形損壞情況高空監測，在充分結合采用特殊的高空衛星觀測處理控制措施、精密的高空衛星歷和適當的高空大數據處理綜合信息處理數據，分析模型和高空監測處理軟件后，高程高空監測數據精度最高可長期穩定在1毫米左右。全天候物體變形氣象觀測：廣泛應用于對GPS物體進行氣象定位、導航，不受任何外界觀測天氣的地形變動情況影響，可以全天候地跟蹤觀測氣象工作，這一觀測技術最大特點，保證了被測物體天氣變形變動情況實時監測，實時性與連續性和觀測工作過程自動化。

3.2 GPS技術應用于工程測量中的缺點

工程控制網在工程應用中非常廣泛，而對于大型工程控制網來說，在具有遮擋隱蔽的區域，是不能進行工作的。如在高層地下控制工程、隧道自動控制工程測量中或在地面隧道控制測量網絡中可以廣泛采用這種GPS控制技術，在地下工程施工隧道控制測量方案中卻根本無法廣泛采用，因為地下工程沒有任何GPS控制信號。都市中過于高大的房屋等建筑，會出現遮擋住GPS信號的現象。這樣一來，GPS觀測設備就不能保證其工作的效率，并且還會影響到工作人員在觀測時的工作情緒。如果這種類似現象頻繁同時出現，將直接造成成像記錄的支離破碎，影響相機成像精度，還可能會發生成圖錯誤。這樣的結果就導致GPS技術無法得到充分使用，限制了其在精度方面的標準。

4 結語

GPS觀測技術同時具有觀測精度高、觀測持續時間短、測站間不固定需要無線通視和全天候同時作業等優點，使得三維天體坐標的定量測定工作變得簡單，該檢測技術已廣泛應用于大型工程碎片測量系統中，諸如建立大型工程碎量測攝系統控制信息網、rtk下的芯片碎部變形測量與穩定放樣、區域差分網下的碎部測量與放樣等各個領域;但隨著科學的不斷發展，GPS技術具有更廣闊的應用發展前景。

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