工程测量中GPS测量技术的运用

卓镇权

摘要：21世纪属于一个信息化的世界，经济的发展使得测绘产业技术也相应有所提高。工程测量是一门研究各类工程建设在勘测设计、施工建设以及运行管理全过程、全方位的测量工作的科学技术，其中GPS测量技术具有测量精度高、定位准确、测量时间短等特点，GPS测量技术越来越广泛地应用在工程测量中，GPS测量技术在工程测量的也发挥着越来越重要的作用。本文就GPS系统概述、技术特点及其在工程测量中的应用对GPS测量技术的运用进行了分析。

关键词：工程测量 GPS测量技术 应用

中图分类号： P216 文献标识码： A

1、GPS系统概述

GPS全球定位系统具有观测简便、定位精度高等特性，因此在工程勘测领域方面有着广泛的应用前景。随着人们对GPS认识的加深，GPS系统的应用越来越广泛，GPS在公路工程测量中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，随着科学的发展，GPS将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。我国引进GPS定位技术时间比较短，掌握的定位技术还不是很成熟，尤其在工程勘测方面更是如此，因此研究GPS测量技术在工程测量中的应用有重要意义。GPS全球定位系统主要由空间卫星群、地面监控系统和卫星接收设备组成。24颗20万公里高的卫星组成空间卫星群，均匀地分布在地球的6个轨道面上，每颗卫星的运行周期是11小时58分钟，这样的空间卫星群可以使地面的上监控系统随时随地同时接收4～11颗卫星发出的信号，保证了全球性、全天候、连续精密湿湿的三维导航和定位能力。

2、GPS测量的技术特点

2.1、自动化水平较高

如今的GPS测量技术的自动化水平非常高，测量人在测量工作开始的时候调整电线，就可以达到GPS接收设备自动检测的目的。在接收到卫星发送的信号之后，数据处理软件就可以实时地处理数据获得测量点的精确三维坐标。

2.2、全天候工作

由于空间卫星群均匀地分布在了地球的6个轨道面上，地球面被连续全面地覆盖，因此应用GPS测量技术可以在任何时间、任何地点进行测量工作，并且现代的GPS卫星定位装置和接收机都有防水功能，所以GPS测量技术基本不受天气的影响。

2.3、观测时间短

采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30-40分钟左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。

2.4、操作简便

GPS与计算机、其他测量仪器通信方便，对作业条件要求不高，数据输入、处理、存储能力强，自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。

2.5、综合测绘能力强，作业集成度高

综合测绘能力强，作业集成度高，易实现自动化，可胜任各种测绘内、外业。在作业时无需人工干预便可进行整周未知数的动态初始化解算，使辅助测量工作极大减少，作业精度也完全由它来控制、记录，从而使自动化作业指挥系统的建立成为可能。

3、GPS在工程测量中的应用

工程测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。利用GPS静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。当前，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图、路线平面、纵横断面测量提供依据；在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网。

3.1、变形监测

像水库大坝、大桥、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况，都可以进行变形监测。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技术要求高。常规的监测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉降；应用三角测量(或角度交会)的方法，监测地基的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。我们在坑口塘水库大坝变形监测中建立高精度GPS监测网，最后得出毫米级精度的绝对平面位移与相对垂直监测数据；最后用TCAl800全站仪(1mm测距精度的自动照准精密型全站仪)进行检测比对，实践证明GPS测量完全可以取代高精度边角网测量。这样给我们启示：在不低于二等精度的GPS控制网，应用在短边监测网如水库大坝监测中，完全可以替代常规边、角监测网，而且可以取得毫米级甚至亚毫米级精度的绝对平面位移与相对垂直监测数据；在有条件(解决多路径效应，如采用扼流圈天线)的情况下，小范围内以大地高取代高精度的水准测量的正常高也是有可能的。

3.2、实时动态（RTK）定位技术

实时动态（RTK）定位技术在公路工程中有广阔的应用前景，是GPS测量技术发展的一个新突破。实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，实时动态（RTK）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。快速静态定位模式一般应用在控制测量中，如控制网加密工作。

RTK技术系统用户主要包括三个部分：基准站、流动站和数据链。其作业原理是：基准站接收机架设在已知或未知坐标的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，基准站将测站点坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态等通过无线数据链发送给流动站，流动站先进行初始化，完成整周未知数的搜索求解后，进入动态作业。流动站在接收来自基准站的数据时，同步观测采集GPS卫星载波相位数据，通过系统内差分处理求解载波相位整周模糊度，根据基准站和流动站的相关性，得出流动站的三维平面坐标。

3.3、静态GPS相对定位的应用

静态GPS相对定位是指通过两台或者两台以上的地面接收机同时接收卫星发送的信号，经过数据处理软件进行数据处理，获得测量点精确的三维坐标，并且可以根据其中一点的坐标，精确计算出其他点的坐标。静态GPS相对定位技术具有很高的计算精度，最适合应用在野外的测量工程中。

静态GPS相对定位测量技术在我国的公路工程测量中发挥了巨大的作用。在高速公路的建设中，需要对线路的勘探有着很高的精度，高速公路绵延数千里，需要进行测量的点数不胜数，常规的工程测量方式和手段，不能满足高速公路工程高精度的测量要求，给我国的公路工程带来很多麻烦，静态GPS相对定位测量技术正好解决了这一难题。

3.4建立工程控制网

采用GPS定位的方法建立工程控制网，具有点位选择限制少，作业时间短，成果精度高，工程费用低等优点。可应用于建立工程首级控制网，变形监测控制网，工矿施工控制网，工程勘探、施工控制网，隧道等地下工程控制网，等等。

结束语：如今GPS技术的应用研究在不断深入，加上GPS技术本身具有观测时间短、精度高、测站间不需要通视和全天候作业等优点，使得三维坐标的测定变得简单，也已经广泛应用于工程建设领域中。GPS测量通过接收卫星发射的信号和进行数据处理，因此具有良好的干扰性和保密性。虽然GPS也具有一些缺点，但是相信随着科学的发展，GPS技术将具有更加广阔的应用前景。

参考文献：

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[2]李俊.GPS测量技术及其在工程测量中的应用[J].黑龙江齐齐哈尔工程学院，2011（04）

[3]刘业明.GPS技术在工程测量中的应用[J].广西贵港市国土资源测绘院，2011（12）