论文部分内容阅读
【摘要】GPS自诞生以来就因其具有的精度高、速度快、消耗资源少、操作简便等优点被逐渐应用于工程测绘等各个领域，在很多方面都已经完全取代了传统测绘技术和工具。本文介绍了GPS测量技术的特点，分析研究了GPS测量技术在工程测绘中的应用。
【关键词】GPS测量技术工程测绘应用特点
中图分类号：P228.4文献标识码： A 文章编号：
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS 系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。目前GPS 技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
一、GPS测量技术的特点
GPS在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统能为全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。相对于常规的测量方法来讲，GPS测量主要有以下一些特点。
1、功能较多、应用广泛
GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。因此它不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。随着GPS测量技术的发展，其应用的领域在不断拓宽。目前，在导航方面，它不仅广泛的用于海上、空中和陆地目标的导航，而且，在运动目标的监控与管理以及运动目标的报警与救援等方面，也已获得了成功的应用；在测量工作方面，这一定位技术在大地测量、工程测量、工程与地型变形监测、地籍测量、航空摄影测量和海洋测绘等各个领域的应用己甚为普遍。如：监测地球板块运动状态和地壳形变；测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图等。
2、定位精度高
GPS的大量工程应用表明，其相对定位精度在50km 以内，相对定位精度可达1×10- 6~2×10- 6，100~500km 可达到10- 7，1000km以上可达到10- 9。在300~1500m 工程精密定位中，lh 以上观测的解，其平均平面误差小于1mm。GPS在高层建筑的基准传递中，其绝对位置平面精度优于+5mm，高程精度优于+8mm。特别是在实时差分定位（RTD） 方面和实时动态定位（RTK），定位精度能达到厘米级以及分米级，可以满足各种工程测量的要求。随着观测技术与数据处理方法的改善，GPS精度将会得到进一步提高。
3、观测时间短
利用GPS可进行实时导航定位，这对高动态运动载体的导航显得尤为重要。当用GPS接收机作静态相对定位（边长小于15km） 时，采集1h 之内的数据，即可获得较高的定位精度。两台仪器每天正常作业至少可测定4 条基线。如果采用快速静态定位模式，对于双频接收机，仅需采集5min 左右时间；对于单频接收机，只要能观测5 颗卫星，也仅需要采集15min 左右的时间。可见，利用GPS技术建立控制网，能大大缩短观测时间，提高作业效益。随着GPS系统的不断完善，软件与硬件的不断更新，目前，20Km 以内相对静态定位，仅需15～20min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15hm 以内时，流动站观测时间只需1~2min；动态相对定位测量时，流动站出发时观测时间只需1~2min，然后随即定位，每站观测时间仅需几秒钟。
4、操作简便
在操作上，GPS测量的自动化程度非常高，有的已达到“傻瓜化”的程度，操作员只需要安装并开关仪器、采集环境的气象数据、量取仪器高度和监视仪器工作状态，其他工作则由GPS接收机自动完成，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等。假如在一个测站上需要作较长时间的连续观测，通过网络或其他通讯方式，将所采集的观测数据传送到数据处理中心，不需要任何人员人值守，就可以实现全自动化的数据采集与处理。在结束观测的时候，也只需关闭电源，收好接机，便完成野外数据采集任务。此外目前的接收机体积也越来越小，重量亦越来越轻，便于携带和搬运。
5、观测站之间无需通视
相对于传统测量技术而言，GPS测量不要求观测站之间相互通视，只需保持观测站15°以上的空间开阔即可，因此可不再需要建造觇标。它的这一优势能大量节省造标费用（造标费约占总费用的30％—50％）。同时由于无需点间通视，点位位置可根据需要灵活布设，也可省去传统测量控制网中的传递点、过渡点的测量工作，使得选点工作变得非常灵活。
6、全球全天候作业
由于GPS卫星数目较多，且分布合理，所以地球上何地点，均可连续地同步观测至少4 颗卫星。从而保障了全球全天候连续的三维定位。通常情况下，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。由此看来GPS测量技术的发展相对于传统测量技术来说是一次重大突破。
7、提供全球统一的三维地心坐标
传统测量控制是将平面和高程采用不同的方法分别施测。而GPS测量在精确测定观测站平面位置（二维坐标） 的同时，还可以精确测定观测站的大地高程。这种能够提供全球统一的三维地心坐标的特点，为确定地面点的高程和大地水准面的形状研究开辟了新途径，同时也为其在航空摄影测量、航空物探及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。
8、经济效益高
国内外大量的GPS测量实践表明，用GPS建立大地控制网，仅需常规方法的1/3 費用。这是因为GPS具有定位速度较快的特点，因而使工期大大缩短；另外GPS另定位不要求测站间相互通视，不必建立大量费时、费力、费钱的视标。目前三台GPS测地型接收机价格已接近—台全站仪的价格，因此其经济效益将日趋显著。
二、GPS测量技术在工程测绘中的应用
RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS 测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK 是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS 应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
1、控制城市建设中测绘精度
为满足城市建成区和规划区测绘的需要，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS 静态测量，点间不需通视且精度高，但数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK 技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。
2、应用于大地控制
GPS 定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS 定位技术己完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。我们一般将应用GPS 卫星定位技术建立的控制网叫GPS 网。归纳起来大致可以将GPS 网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS 网，这类GPS 网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地完形变规律等问题。另一类是区域性的GPS 网，包括城市或矿区GPS 网，GPS 工程网等，这类网中的相邻点问的距离为几公里至几十公里．其主要任务是直接为国民经济建设服务。目前，在GPS 技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的生产厂商有美国Trimble（天宝）导航公司、瑞士Leica Geosystems（徕卡测量系统）、日本TOPCON（拓普康）公司，国内厂家主要有南方测绘、中海达、华测、科力达等。
南方测绘的GPS 接收机产品主要有RTK S82、S86、S82-1、S86-T、蓝牙静态GPS 等。其中S82-T 采用一体化设计，集成GPS 天线、UHF 数据链、BD970、天宝嵌入式定位技术、即插即用式U 盘设计、蓝牙通讯模块、锂电池，其RTK 定位精度：平面±（1cm+1ppm），垂直±（2cm+1ppm）；静态后处理精度：平面±（2.5mm+1ppm），垂直±（5mm+1ppm）；单机定位精度：1.5m（CEP）；码差分定位精度：0.45m（CEP）。
3、RTK 技术在地籍和房地产工程测绘中的应用
地籍和房地产测量中应用RTK 技术测定每一宗土地的权届界址点以及测绘地籍与房地产图，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。将GPS 获得的数据处理后直接录入GIS 系统，可及时地、精确地获得地籍和房地产图。但在影响GPS 卫星信号接收的遮蔽地带，应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析法或图解法进行细部测量。
在建设用地勘测定界测量中，RTK 技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围，计算用地面积。利用RTK 技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由GPS 软件中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样的复杂性，简化丁建设用地勘测定界的工作程序。
在土地利用动态检测中，也可利用GPS 技术。传统的动态野外检测采用简易补测或平板仪补测法。如利用钢尺用距离交会、直角坐标法等进行实测丈量，对丁变通范围较大的地区采用平板仪补测。这种方法速度侵、效率低，而应用GPS 新技术进行动态检测则可提高检测的速度和精度，省时省工，真正实现实时动态监测，保证丁土地利用状况调查的现实性。
参考文献：
[1] 林少敏.全球定位系统及其在工程测量中的应用[J]. 科技咨询导报. 2007(10)
[2] 周晓愚,叶韬.GPS系统的原理及其在房屋建设测量中的应用[J]. 价值工程. 2010(09)
[3] 高士波.GPS系统在房屋建设测量中的应用浅析[J]. 黑龙江科技信息. 2010(29)
[4] 张丽利.GPS在房屋建筑工程测量中的应用浅析[J]. 黑龙江科技信息. 2008(31)
【关键词】GPS测量技术工程测绘应用特点
中图分类号：P228.4文献标识码： A 文章编号：
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS 系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。目前GPS 技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
一、GPS测量技术的特点
GPS在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统能为全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。相对于常规的测量方法来讲，GPS测量主要有以下一些特点。
1、功能较多、应用广泛
GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。因此它不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。随着GPS测量技术的发展，其应用的领域在不断拓宽。目前，在导航方面，它不仅广泛的用于海上、空中和陆地目标的导航，而且，在运动目标的监控与管理以及运动目标的报警与救援等方面，也已获得了成功的应用；在测量工作方面，这一定位技术在大地测量、工程测量、工程与地型变形监测、地籍测量、航空摄影测量和海洋测绘等各个领域的应用己甚为普遍。如：监测地球板块运动状态和地壳形变；测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图等。
2、定位精度高
GPS的大量工程应用表明，其相对定位精度在50km 以内，相对定位精度可达1×10- 6~2×10- 6，100~500km 可达到10- 7，1000km以上可达到10- 9。在300~1500m 工程精密定位中，lh 以上观测的解，其平均平面误差小于1mm。GPS在高层建筑的基准传递中，其绝对位置平面精度优于+5mm，高程精度优于+8mm。特别是在实时差分定位（RTD） 方面和实时动态定位（RTK），定位精度能达到厘米级以及分米级，可以满足各种工程测量的要求。随着观测技术与数据处理方法的改善，GPS精度将会得到进一步提高。
3、观测时间短
利用GPS可进行实时导航定位，这对高动态运动载体的导航显得尤为重要。当用GPS接收机作静态相对定位（边长小于15km） 时，采集1h 之内的数据，即可获得较高的定位精度。两台仪器每天正常作业至少可测定4 条基线。如果采用快速静态定位模式，对于双频接收机，仅需采集5min 左右时间；对于单频接收机，只要能观测5 颗卫星，也仅需要采集15min 左右的时间。可见，利用GPS技术建立控制网，能大大缩短观测时间，提高作业效益。随着GPS系统的不断完善，软件与硬件的不断更新，目前，20Km 以内相对静态定位，仅需15～20min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15hm 以内时，流动站观测时间只需1~2min；动态相对定位测量时，流动站出发时观测时间只需1~2min，然后随即定位，每站观测时间仅需几秒钟。
4、操作简便
在操作上，GPS测量的自动化程度非常高，有的已达到“傻瓜化”的程度，操作员只需要安装并开关仪器、采集环境的气象数据、量取仪器高度和监视仪器工作状态，其他工作则由GPS接收机自动完成，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等。假如在一个测站上需要作较长时间的连续观测，通过网络或其他通讯方式，将所采集的观测数据传送到数据处理中心，不需要任何人员人值守，就可以实现全自动化的数据采集与处理。在结束观测的时候，也只需关闭电源，收好接机，便完成野外数据采集任务。此外目前的接收机体积也越来越小，重量亦越来越轻，便于携带和搬运。
5、观测站之间无需通视
相对于传统测量技术而言，GPS测量不要求观测站之间相互通视，只需保持观测站15°以上的空间开阔即可，因此可不再需要建造觇标。它的这一优势能大量节省造标费用（造标费约占总费用的30％—50％）。同时由于无需点间通视，点位位置可根据需要灵活布设，也可省去传统测量控制网中的传递点、过渡点的测量工作，使得选点工作变得非常灵活。
6、全球全天候作业
由于GPS卫星数目较多，且分布合理，所以地球上何地点，均可连续地同步观测至少4 颗卫星。从而保障了全球全天候连续的三维定位。通常情况下，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。由此看来GPS测量技术的发展相对于传统测量技术来说是一次重大突破。
7、提供全球统一的三维地心坐标
传统测量控制是将平面和高程采用不同的方法分别施测。而GPS测量在精确测定观测站平面位置（二维坐标） 的同时，还可以精确测定观测站的大地高程。这种能够提供全球统一的三维地心坐标的特点，为确定地面点的高程和大地水准面的形状研究开辟了新途径，同时也为其在航空摄影测量、航空物探及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。
8、经济效益高
国内外大量的GPS测量实践表明，用GPS建立大地控制网，仅需常规方法的1/3 費用。这是因为GPS具有定位速度较快的特点，因而使工期大大缩短；另外GPS另定位不要求测站间相互通视，不必建立大量费时、费力、费钱的视标。目前三台GPS测地型接收机价格已接近—台全站仪的价格，因此其经济效益将日趋显著。
二、GPS测量技术在工程测绘中的应用
RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS 测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK 是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS 应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
1、控制城市建设中测绘精度
为满足城市建成区和规划区测绘的需要，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS 静态测量，点间不需通视且精度高，但数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK 技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。
2、应用于大地控制
GPS 定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS 定位技术己完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。我们一般将应用GPS 卫星定位技术建立的控制网叫GPS 网。归纳起来大致可以将GPS 网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS 网，这类GPS 网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地完形变规律等问题。另一类是区域性的GPS 网，包括城市或矿区GPS 网，GPS 工程网等，这类网中的相邻点问的距离为几公里至几十公里．其主要任务是直接为国民经济建设服务。目前，在GPS 技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的生产厂商有美国Trimble（天宝）导航公司、瑞士Leica Geosystems（徕卡测量系统）、日本TOPCON（拓普康）公司，国内厂家主要有南方测绘、中海达、华测、科力达等。
南方测绘的GPS 接收机产品主要有RTK S82、S86、S82-1、S86-T、蓝牙静态GPS 等。其中S82-T 采用一体化设计，集成GPS 天线、UHF 数据链、BD970、天宝嵌入式定位技术、即插即用式U 盘设计、蓝牙通讯模块、锂电池，其RTK 定位精度：平面±（1cm+1ppm），垂直±（2cm+1ppm）；静态后处理精度：平面±（2.5mm+1ppm），垂直±（5mm+1ppm）；单机定位精度：1.5m（CEP）；码差分定位精度：0.45m（CEP）。
3、RTK 技术在地籍和房地产工程测绘中的应用
地籍和房地产测量中应用RTK 技术测定每一宗土地的权届界址点以及测绘地籍与房地产图，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。将GPS 获得的数据处理后直接录入GIS 系统，可及时地、精确地获得地籍和房地产图。但在影响GPS 卫星信号接收的遮蔽地带，应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析法或图解法进行细部测量。
在建设用地勘测定界测量中，RTK 技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围，计算用地面积。利用RTK 技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由GPS 软件中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样的复杂性，简化丁建设用地勘测定界的工作程序。
在土地利用动态检测中，也可利用GPS 技术。传统的动态野外检测采用简易补测或平板仪补测法。如利用钢尺用距离交会、直角坐标法等进行实测丈量，对丁变通范围较大的地区采用平板仪补测。这种方法速度侵、效率低，而应用GPS 新技术进行动态检测则可提高检测的速度和精度，省时省工，真正实现实时动态监测，保证丁土地利用状况调查的现实性。
参考文献：
[1] 林少敏.全球定位系统及其在工程测量中的应用[J]. 科技咨询导报. 2007(10)
[2] 周晓愚,叶韬.GPS系统的原理及其在房屋建设测量中的应用[J]. 价值工程. 2010(09)
[3] 高士波.GPS系统在房屋建设测量中的应用浅析[J]. 黑龙江科技信息. 2010(29)
[4] 张丽利.GPS在房屋建筑工程测量中的应用浅析[J]. 黑龙江科技信息. 2008(31)