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【摘 要】 在工程测绘中测绘基准传递和轴线垂直度高程控制是建筑物施工质量控制的重点内容之一。科学、快速、精确的测绘手段是保证工程质量和施工工期要求，提高测绘定位工效和观测精度的基础。本文首先研究了GPS技术的应用原理，剖析了GPS测绘技术在桥梁测绘中的应用，并分析了GPS技术的特点。
【关键词】 GPS系统；桥梁测绘；测距仪；定位；基本原理
引言
自1957年10月世界上第一颗人造地球卫星发射成功以来，人类在空间科学领域取得了一个又一个的重大突破人造地球卫星技术在军事、通讯、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测绘、地球动力以及天文的众多领域得到了极其广泛的运用。
一、GPS技术概述及其在工程测绘中发展现状
GPS技术被广泛应用于工程测绘当中，并依靠其自身投入成本少、利润空间大、成本回收率高、回收速度快、准确性高的众多优点日益受到人们的青睐，使得工程测绘当中的其他测绘技术都难以望其项背。GPS是Global Positioning System的缩写，中文名字是全球卫星定位系统。卫星是支撑其正常工作的主要动力，以无线定位为核心。它工作的基本原理就是利用卫星上的无线电发射台，来形成一个卫星导航定位提醒，然后利用无线电测距交会的基本原理，卫星的数量是有要求的，必须在三颗及其以上，满足这个条件之后，要想确定某一目标的详细位置就是一件很容易的事情了。
GPS在导航定位方面具有很强的实时性，另一方面又具有持续性强、监测范围广、的特点，提高了定位的精准性，减小了定位误差，除了以上两个方面，GPS还可以计算三维坐标、加快速度、提供准确地时间，总而言之，集众多测绘技术的优点于一身。
二、GPS定位基本原理
测绘学中确定点位的一般原理是测距交会法。无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系統及全球卫星导航定位系统均采用测距交会原理确定点位。GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测绘出测站点（接收机天线中心）P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置，如图1所示。设在时刻ti在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三颗GPS卫星S1，S2，S3的距离μ1，μ2，μ3，通过GPS电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为（Xj，Yj，Zj），j=1，2，3。用距离交会的方法求解P点的三维坐标（X，Y，Z）的观测方程为：
在GPS定位，随着GPS卫星的高速运动，其坐标值随时间也在快速变化。需要实时的由GPS卫星信号测绘出测站至卫星之间的距离，实时地由GPS卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的定位。依据测距的原理，其定位原理与方法主要有伪距法定位，载波相位测绘定位，差分GPS定位等。对于待定点来说根据其运动状态可以将GPS定位分为静态定位和动态定位静态定位又叫绝对定位，是指对于固定不动的待定点将GPS接收机安置其上，观测数分钟乃至更长的时间以确定该点的三维坐标。
利用接收到的卫星信号（测距码）或载波相位，均可进行静态定位。实际应用中，为了减少卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差的影响，常采用载波相位观测值的各种线性组合（即差分值）作为观测值，获得两点之间高精度的GPS基线向量（即坐标差）。
图1GPS卫星定位原理
三、GPS定位测绘技术的特点
GPS测绘技术的特点数不胜数，我们挑拣其中七个最为重要、最为显眼的来进行描述。观测点和站点不用面对面、立体坐标运用灵活、操作程序简易方便、观测时间短、定位误差小、时间影响小、功能广泛、影响力大而持久。我们说其定位误差小不是凭空捏造的，有着严实的数据作为依据，在三百米和一千五百米之间进行工程导航，高于一小时的工程测绘计算，得到的数据和实际数据只有一毫米差距，甚至小于一毫米。而其七大特点当中最为常用的非观测点和站点之间不用面对面莫属了，简单来说，就是不必同时，时间和速度的准确测绘都不在话下。GPS技术的高自动化水平则主要体现了操作程序简易方便这一特点。GPS技术之所以在测绘技术中处于领军的地位，靠的就是其自身独有的优点。
四、GPS技术在桥梁测绘上的应用
在桥梁测绘中的具体作用在传统的桥梁工程测绘控制网的建立过程中，由于技术条件的限制，多采用常规的控制测绘手段，也就是通过经纬仪、测距仪、全站仪、水准仪等测绘设备来建立测角网、测边网或边角网。这些常规的控制测绘手段工作量大，作业时间长，受气候、环境等条件影响显著，而且误差积累显著。随着桥梁工程的不断涌现，尤其像杭州湾跨海大桥这样跨海长度达到30千米的大桥亦出现了。对于这些桥梁工程，由于两岸通视极为困难，要用传统测绘方法直接布设大桥工程控制网及进行大桥施工测绘是非常不容易的。为此，研究一种适合于桥梁工程建设的高精度控制测绘及施工测绘的方法非常必要。而GPS技术的产生和发展给此类问题的解决提供了可能。
（一）、桥梁施工的GPS测量原理
对于桥梁施工来说，用勘测阶段的测绘控制来进行施工放样，一般不能满足要求，必须建立平面和高程控制网，作为施工放样的依据。因此，桥梁施工测绘的主要工作是建立控制网，包括水平控制网和高程控制和进行施工放样。GPS定位获得的成果属于WGS-84坐标系，由WGS-84坐标系变换为桥梁的独立坐标系，转换模型为：
上述多参数模型限制了GPS在施工测量中的应用。西南交通大学教师提出的高斯投影方案，边角网或导线网方案和测边网方案，较好的解决三维坐标与平面二维坐标的转换，避免了由于转换参数求定误差而带来的系统误差和地面测量误差的干扰，保持GPS相对定位原有的高精度。GPS技术提供的三维定位信息，对高程控制，尤其是解决跨河水准问题方面显示出巨大潜力。由GPS直接获得的大地高H是一几何量，桥梁施工采用的高程系统是正常高h，它是地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，是一个物理量。不考虑垂线偏差的影响，二者的关系为： 公式中ζi称为i点的高程异常，是似大地水准面至椭球面的距离。因此，只要能以一定的精度求得站点的高程异常差值，就能将GPS点的大地高转换为正常高。目前，利用GPS进行桥梁施工放样的工程实践还很少。试验研究报告表明，放样点的平面和高程精度均能满足大桥施工要求。
（二）、GPS技术应用在桥梁测绘方面的优势
1）定位精度高。科学研究表明，GPS定位技术在距离目标300～1500m，持续观测1h以上的情况下，可使精度误差值调整在1mm内；与传统的定位仪相比，其对桥梁的定位长度的较差可控制在0.5mm内。2）测站时无需透视。GPS技术不需要测站之间相互透视，节约了大量资金的同时，因为不需要点间透视，灵活性较强，节省时间與资源。3）采用GPS定位方法布设大地控制网，能够有效并快速地得到真实数据和坐标，给桥梁测绘带来方便。4）可直接显示出三维坐标图。GPS技术应用到桥梁测绘中，在得到数据的同时，会自动显示出三维坐标图，以便于更直观、简便地绘制桥梁测绘图，减少不必要的麻烦。5）GPS技术具有全天候的特点，受外界气候影响较小。进行传统测绘时，往往要考虑阴天、夜晚、起雾、下雨、下雪和刮风等不良气候因素的影响，使测绘具有较大的局限性，耽误测绘的进度，消耗人力物力并浪费大量时间，而GPS技术则不需要考虑这些情况的发生，天气不会影响到测绘数据的准确性。6）GPS系统操作更简便，拥有自动化系统。在测绘中，GPS技术可自动完成数据的测定，不用花费时间在繁琐的数据处理上面，减轻了操作者的负担。7）随着定位系统的不断完善，定位的速度在持续加快，对于中长基线的静态定位来说，只需要15～20min，快速静态定位甚至耗时更短。
结束语
总之，GPS作为一种新兴的测绘方法，目前已经在工程测绘，地形，地质勘探中有了广泛的应用，为国内城市化建设的快速发展，奠定了基础。目前国内的GPS在测绘上的应用虽然广泛，但是因为国内GPS发展较晚，所以还有不少技术难题需要解决，我们期待新技术的涌现，为更加精确，便捷的测绘工作服务。
参考文献：
[1]叶毕升.浅谈GPS测绘在水利水电工程中的应用[J].科技创新导报，2012（15）.
[2]吴迪军.GPS在现代桥梁工程测量中的应用综述[J].铁道勘察，2006，32（2）：1-2，7.
[3]周忠谟等.GPS卫星测量原理与应用.北京.测绘出版社.
【关键词】 GPS系统；桥梁测绘；测距仪；定位；基本原理
引言
自1957年10月世界上第一颗人造地球卫星发射成功以来，人类在空间科学领域取得了一个又一个的重大突破人造地球卫星技术在军事、通讯、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测绘、地球动力以及天文的众多领域得到了极其广泛的运用。
一、GPS技术概述及其在工程测绘中发展现状
GPS技术被广泛应用于工程测绘当中，并依靠其自身投入成本少、利润空间大、成本回收率高、回收速度快、准确性高的众多优点日益受到人们的青睐，使得工程测绘当中的其他测绘技术都难以望其项背。GPS是Global Positioning System的缩写，中文名字是全球卫星定位系统。卫星是支撑其正常工作的主要动力，以无线定位为核心。它工作的基本原理就是利用卫星上的无线电发射台，来形成一个卫星导航定位提醒，然后利用无线电测距交会的基本原理，卫星的数量是有要求的，必须在三颗及其以上，满足这个条件之后，要想确定某一目标的详细位置就是一件很容易的事情了。
GPS在导航定位方面具有很强的实时性，另一方面又具有持续性强、监测范围广、的特点，提高了定位的精准性，减小了定位误差，除了以上两个方面，GPS还可以计算三维坐标、加快速度、提供准确地时间，总而言之，集众多测绘技术的优点于一身。
二、GPS定位基本原理
测绘学中确定点位的一般原理是测距交会法。无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系統及全球卫星导航定位系统均采用测距交会原理确定点位。GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测绘出测站点（接收机天线中心）P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置，如图1所示。设在时刻ti在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三颗GPS卫星S1，S2，S3的距离μ1，μ2，μ3，通过GPS电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为（Xj，Yj，Zj），j=1，2，3。用距离交会的方法求解P点的三维坐标（X，Y，Z）的观测方程为：
在GPS定位，随着GPS卫星的高速运动，其坐标值随时间也在快速变化。需要实时的由GPS卫星信号测绘出测站至卫星之间的距离，实时地由GPS卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的定位。依据测距的原理，其定位原理与方法主要有伪距法定位，载波相位测绘定位，差分GPS定位等。对于待定点来说根据其运动状态可以将GPS定位分为静态定位和动态定位静态定位又叫绝对定位，是指对于固定不动的待定点将GPS接收机安置其上，观测数分钟乃至更长的时间以确定该点的三维坐标。
利用接收到的卫星信号（测距码）或载波相位，均可进行静态定位。实际应用中，为了减少卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差的影响，常采用载波相位观测值的各种线性组合（即差分值）作为观测值，获得两点之间高精度的GPS基线向量（即坐标差）。
图1GPS卫星定位原理
三、GPS定位测绘技术的特点
GPS测绘技术的特点数不胜数，我们挑拣其中七个最为重要、最为显眼的来进行描述。观测点和站点不用面对面、立体坐标运用灵活、操作程序简易方便、观测时间短、定位误差小、时间影响小、功能广泛、影响力大而持久。我们说其定位误差小不是凭空捏造的，有着严实的数据作为依据，在三百米和一千五百米之间进行工程导航，高于一小时的工程测绘计算，得到的数据和实际数据只有一毫米差距，甚至小于一毫米。而其七大特点当中最为常用的非观测点和站点之间不用面对面莫属了，简单来说，就是不必同时，时间和速度的准确测绘都不在话下。GPS技术的高自动化水平则主要体现了操作程序简易方便这一特点。GPS技术之所以在测绘技术中处于领军的地位，靠的就是其自身独有的优点。
四、GPS技术在桥梁测绘上的应用
在桥梁测绘中的具体作用在传统的桥梁工程测绘控制网的建立过程中，由于技术条件的限制，多采用常规的控制测绘手段，也就是通过经纬仪、测距仪、全站仪、水准仪等测绘设备来建立测角网、测边网或边角网。这些常规的控制测绘手段工作量大，作业时间长，受气候、环境等条件影响显著，而且误差积累显著。随着桥梁工程的不断涌现，尤其像杭州湾跨海大桥这样跨海长度达到30千米的大桥亦出现了。对于这些桥梁工程，由于两岸通视极为困难，要用传统测绘方法直接布设大桥工程控制网及进行大桥施工测绘是非常不容易的。为此，研究一种适合于桥梁工程建设的高精度控制测绘及施工测绘的方法非常必要。而GPS技术的产生和发展给此类问题的解决提供了可能。
（一）、桥梁施工的GPS测量原理
对于桥梁施工来说，用勘测阶段的测绘控制来进行施工放样，一般不能满足要求，必须建立平面和高程控制网，作为施工放样的依据。因此，桥梁施工测绘的主要工作是建立控制网，包括水平控制网和高程控制和进行施工放样。GPS定位获得的成果属于WGS-84坐标系，由WGS-84坐标系变换为桥梁的独立坐标系，转换模型为：
上述多参数模型限制了GPS在施工测量中的应用。西南交通大学教师提出的高斯投影方案，边角网或导线网方案和测边网方案，较好的解决三维坐标与平面二维坐标的转换，避免了由于转换参数求定误差而带来的系统误差和地面测量误差的干扰，保持GPS相对定位原有的高精度。GPS技术提供的三维定位信息，对高程控制，尤其是解决跨河水准问题方面显示出巨大潜力。由GPS直接获得的大地高H是一几何量，桥梁施工采用的高程系统是正常高h，它是地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，是一个物理量。不考虑垂线偏差的影响，二者的关系为： 公式中ζi称为i点的高程异常，是似大地水准面至椭球面的距离。因此，只要能以一定的精度求得站点的高程异常差值，就能将GPS点的大地高转换为正常高。目前，利用GPS进行桥梁施工放样的工程实践还很少。试验研究报告表明，放样点的平面和高程精度均能满足大桥施工要求。
（二）、GPS技术应用在桥梁测绘方面的优势
1）定位精度高。科学研究表明，GPS定位技术在距离目标300～1500m，持续观测1h以上的情况下，可使精度误差值调整在1mm内；与传统的定位仪相比，其对桥梁的定位长度的较差可控制在0.5mm内。2）测站时无需透视。GPS技术不需要测站之间相互透视，节约了大量资金的同时，因为不需要点间透视，灵活性较强，节省时间與资源。3）采用GPS定位方法布设大地控制网，能够有效并快速地得到真实数据和坐标，给桥梁测绘带来方便。4）可直接显示出三维坐标图。GPS技术应用到桥梁测绘中，在得到数据的同时，会自动显示出三维坐标图，以便于更直观、简便地绘制桥梁测绘图，减少不必要的麻烦。5）GPS技术具有全天候的特点，受外界气候影响较小。进行传统测绘时，往往要考虑阴天、夜晚、起雾、下雨、下雪和刮风等不良气候因素的影响，使测绘具有较大的局限性，耽误测绘的进度，消耗人力物力并浪费大量时间，而GPS技术则不需要考虑这些情况的发生，天气不会影响到测绘数据的准确性。6）GPS系统操作更简便，拥有自动化系统。在测绘中，GPS技术可自动完成数据的测定，不用花费时间在繁琐的数据处理上面，减轻了操作者的负担。7）随着定位系统的不断完善，定位的速度在持续加快，对于中长基线的静态定位来说，只需要15～20min，快速静态定位甚至耗时更短。
结束语
总之，GPS作为一种新兴的测绘方法，目前已经在工程测绘，地形，地质勘探中有了广泛的应用，为国内城市化建设的快速发展，奠定了基础。目前国内的GPS在测绘上的应用虽然广泛，但是因为国内GPS发展较晚，所以还有不少技术难题需要解决，我们期待新技术的涌现，为更加精确，便捷的测绘工作服务。
参考文献：
[1]叶毕升.浅谈GPS测绘在水利水电工程中的应用[J].科技创新导报，2012（15）.
[2]吴迪军.GPS在现代桥梁工程测量中的应用综述[J].铁道勘察，2006，32（2）：1-2，7.
[3]周忠谟等.GPS卫星测量原理与应用.北京.测绘出版社.