论文部分内容阅读
摘要：随着我国经济的发展，GPS全球定位系统已广泛应用于工程建设领域中，在道路与桥梁的建设中发挥着重大的作用。GPS 测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，且具有良好的抗干扰性和保密性。实践证明，在缩短工期、降低成本和设计的灵活性方面，GPS技术较常规技术有不少优越之处。为此，本文将重点探讨一下GPS 在工程测量领域的应用，以供广大同仁参考借鉴。
关键词：GPS测量技术；工程测量；应用
引 言：近年来，GPS技术因其自身的诸多优势，已经广泛应用在工程测量过程中，运用GPS技术进行测量，不仅能够扩大测量的范围，同时能够提高测量数据的准确性，最大限度地减少误差，为工程测量带来了巨大的方便，可以说，GPS技术是传统的测量技术和现代技术的完美结合，体现了测量技术的飞速发展。
1 GPS技术概述
全球定位系统GPS（Global Positioning System）是美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成，其具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。而一直以来我国普遍运用常规的传统技术手段来实现工程测量，例如用水准仪、全站仪以及测距器来定位工程的控制网，随着科技的进步以及工程测量的发展，GPS技术以其诸多优势，正逐步替代传统的测量工具。
2 GPS的构成
2.1 空间卫星星座
GPS 空间卫星星座由21 颗工作卫星和3 颗在轨备用卫星组成。24 颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200km，运行周期为11h58min。卫星用L 波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6 颗卫星，最多可达到9 颗。
2.2 地面监控站
GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个检测站组成。主控站根据各监测站对GPS 卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
2.3 用户设备
GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS 接收机中心（测站点）的三维坐标。
3 GPS测量技术的优势
相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下优势。
3.1全天候作业
GPS技术是采用多卫星分布系统，可以覆盖到每一个角落，进行不间断全天候作业，这样就能够对所需观测的对象进行实时观测，为工程测量提供准确的数据。但是需要注意的是，在雷雨天气情况下，尽量不要进行观测。
3.2 测站间无需通视
普通的工程测量，测站间的通视问题一直都很难解决，影响了测量的准确性，而GPS系统属于全球定位系统，因此说在进行工程测量时，不需要测站之间的通视，强大的系统可以根据具体的需要进行定位，这样不但操作灵活，还能保证数据的准确性。
3.3定位准确
工程的测量需要保证数据的准确性和定位的精确性，这就需要有较高精确度的定位系统，经过实践证明，GPS系统的定位精度很高，在50千米的距离内，能够实现精确定位，相对定位精度能够达1×10-6，并且随着观测技术的不断发展，其定位的准确度也在不断上升，能够满足各种工程的测量需求。
3.4观测时间短
随着技术的提高，在15千米范围内的快速静态对象，可实现1分钟观测完毕，这样短时间的观测速度，能够节省下不少时间，使工程测量更加便捷。
4 GPS测量技术的不足
4.1变形监测的一次性投入成本和长期监测运行成本较高，高程精度不象水准测量那样容易达到监测度要求，而且组织复杂。
4.2高程測量时应用GPS定位技术不能直接得到地面点的正常高，而只能得到大地高，确定地面点的正常高，必须要知道地面点的高程异常，这就限制了GPS技术在高程测量方面的作为。
4.3碎部测量与放样时，高大的建筑物会遮挡GPS信号，使得观测值产生周跳，破坏了整周计数的连续性，需要重新确定初始周未知数。这样，不但影响观测工作的效率，也影响了工作人员的情绪。如果这种现象频繁出现，将造成记录的支离破碎，影响成图精度甚至会发生错误。
4.4建立工程控制网时一些带有隐蔽性和遮挡性地区无法使用或不便使用GPS技术。如在进下地下工程、隧道控制测量中地面首级控制网可以采用GPS技术，在地下施工控制方案中却无法采用，因为地下没有GPS信号。在森林中布设控制网，如果道路较窄而道路两旁的树木茂盛，GPS信号就会被树木遮挡而呈现断断续续，很难解算出符合精度要求基线向量。
5 GPS 在工程测量中的应用
5.1带RTK的碎部测量与放样
RTK技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由两部分组成：基准站（坐标已知）和移动站（用户接收机）。其基本原理是：将基准站采集的载波相位发送给用户，用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术可应用于测绘地形图、地籍图，测绘房地产的界址点，平面位置的施工放样等。采用RTK技术测图时仅需一人进行。将GPS 接收机放在待定的特征点上1、2 秒钟，同时输入该特征点的编码即可。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机，由专业成图软件、在人工适当的干预下，形成所要的成果图。采用RTK技术进行放样，标定界标点，是坐标的直接标定，不像常规放样那样，需要后视方向、用解析法标定，因而简捷易行。 5.2 区域差分网下的碎部测量与放样
区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样，是基于区域GPS差分网进行的。区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似，不同的是区域差分的基准站往往多于1个，多基准站组成基准，基准网提供各个基准站的差分信息，用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权，按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。
5.3变形监测
变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、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。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸大，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。
5.4建立工程控制网
整个工程管理、日常维护和建设的基础工作是工程控制网，其具有覆盖面积较小、精度要求高、点位密度大等特点。常规的方法最常见的就是采用边角网，而通过GPS 技术建立的工程控制网，具有很大的优势，如在点位选择上较灵活、定位精度高、费用低、作业效率高等等。其还可以应用于建立煤矿施工、变形监测和工程首级控制网等。载波相位静态差分技术是利用GPS 技术建立工程控制網时最常用的，其具有使精度达到毫米级的作用。由于工程一般具有横向很窄、纵向很长的特点，利用传统三角锁导线方法，误差累计较大。而利用具有测点之间无须通视特点的GPS 技术，铺设GPS点较长，可以使长距离线路坐标控制的一致性得到有效的保持。
6 结束语
总之，传统的测绘技术正在向现代化以立体为特征的测绘科学技术体系转变。整个测绘行业无论从技术上、设备上，还是效率上，都得到不同程度的提高。原来的测绘方法受时间、空间和通视条件的限制性，而GPS全球卫星系统利用其独特的优势，达到全天候采集，充分显示了它在该领域实际测量工作中比常规控制测量具有更大的优越性和适应性。相信，随着该技术的飞速发展和普及，GPS 定位技术在工程测量中将得到更加广泛的应用。
参考文献：
[1]韩艳荣.GPS技术在现代化测量中的应用[J].中国新技术新产品，2009，（07）.
[2]成桂静.GPS在工程测量中的应用[J].山西建筑，2009，（01）.
关键词：GPS测量技术；工程测量；应用
引 言：近年来，GPS技术因其自身的诸多优势，已经广泛应用在工程测量过程中，运用GPS技术进行测量，不仅能够扩大测量的范围，同时能够提高测量数据的准确性，最大限度地减少误差，为工程测量带来了巨大的方便，可以说，GPS技术是传统的测量技术和现代技术的完美结合，体现了测量技术的飞速发展。
1 GPS技术概述
全球定位系统GPS（Global Positioning System）是美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成，其具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。而一直以来我国普遍运用常规的传统技术手段来实现工程测量，例如用水准仪、全站仪以及测距器来定位工程的控制网，随着科技的进步以及工程测量的发展，GPS技术以其诸多优势，正逐步替代传统的测量工具。
2 GPS的构成
2.1 空间卫星星座
GPS 空间卫星星座由21 颗工作卫星和3 颗在轨备用卫星组成。24 颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200km，运行周期为11h58min。卫星用L 波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6 颗卫星，最多可达到9 颗。
2.2 地面监控站
GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个检测站组成。主控站根据各监测站对GPS 卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
2.3 用户设备
GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS 接收机中心（测站点）的三维坐标。
3 GPS测量技术的优势
相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下优势。
3.1全天候作业
GPS技术是采用多卫星分布系统，可以覆盖到每一个角落，进行不间断全天候作业，这样就能够对所需观测的对象进行实时观测，为工程测量提供准确的数据。但是需要注意的是，在雷雨天气情况下，尽量不要进行观测。
3.2 测站间无需通视
普通的工程测量，测站间的通视问题一直都很难解决，影响了测量的准确性，而GPS系统属于全球定位系统，因此说在进行工程测量时，不需要测站之间的通视，强大的系统可以根据具体的需要进行定位，这样不但操作灵活，还能保证数据的准确性。
3.3定位准确
工程的测量需要保证数据的准确性和定位的精确性，这就需要有较高精确度的定位系统，经过实践证明，GPS系统的定位精度很高，在50千米的距离内，能够实现精确定位，相对定位精度能够达1×10-6，并且随着观测技术的不断发展，其定位的准确度也在不断上升，能够满足各种工程的测量需求。
3.4观测时间短
随着技术的提高，在15千米范围内的快速静态对象，可实现1分钟观测完毕，这样短时间的观测速度，能够节省下不少时间，使工程测量更加便捷。
4 GPS测量技术的不足
4.1变形监测的一次性投入成本和长期监测运行成本较高，高程精度不象水准测量那样容易达到监测度要求，而且组织复杂。
4.2高程測量时应用GPS定位技术不能直接得到地面点的正常高，而只能得到大地高，确定地面点的正常高，必须要知道地面点的高程异常，这就限制了GPS技术在高程测量方面的作为。
4.3碎部测量与放样时，高大的建筑物会遮挡GPS信号，使得观测值产生周跳，破坏了整周计数的连续性，需要重新确定初始周未知数。这样，不但影响观测工作的效率，也影响了工作人员的情绪。如果这种现象频繁出现，将造成记录的支离破碎，影响成图精度甚至会发生错误。
4.4建立工程控制网时一些带有隐蔽性和遮挡性地区无法使用或不便使用GPS技术。如在进下地下工程、隧道控制测量中地面首级控制网可以采用GPS技术，在地下施工控制方案中却无法采用，因为地下没有GPS信号。在森林中布设控制网，如果道路较窄而道路两旁的树木茂盛，GPS信号就会被树木遮挡而呈现断断续续，很难解算出符合精度要求基线向量。
5 GPS 在工程测量中的应用
5.1带RTK的碎部测量与放样
RTK技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由两部分组成：基准站（坐标已知）和移动站（用户接收机）。其基本原理是：将基准站采集的载波相位发送给用户，用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术可应用于测绘地形图、地籍图，测绘房地产的界址点，平面位置的施工放样等。采用RTK技术测图时仅需一人进行。将GPS 接收机放在待定的特征点上1、2 秒钟，同时输入该特征点的编码即可。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机，由专业成图软件、在人工适当的干预下，形成所要的成果图。采用RTK技术进行放样，标定界标点，是坐标的直接标定，不像常规放样那样，需要后视方向、用解析法标定，因而简捷易行。 5.2 区域差分网下的碎部测量与放样
区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样，是基于区域GPS差分网进行的。区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似，不同的是区域差分的基准站往往多于1个，多基准站组成基准，基准网提供各个基准站的差分信息，用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权，按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。
5.3变形监测
变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、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。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸大，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。
5.4建立工程控制网
整个工程管理、日常维护和建设的基础工作是工程控制网，其具有覆盖面积较小、精度要求高、点位密度大等特点。常规的方法最常见的就是采用边角网，而通过GPS 技术建立的工程控制网，具有很大的优势，如在点位选择上较灵活、定位精度高、费用低、作业效率高等等。其还可以应用于建立煤矿施工、变形监测和工程首级控制网等。载波相位静态差分技术是利用GPS 技术建立工程控制網时最常用的，其具有使精度达到毫米级的作用。由于工程一般具有横向很窄、纵向很长的特点，利用传统三角锁导线方法，误差累计较大。而利用具有测点之间无须通视特点的GPS 技术，铺设GPS点较长，可以使长距离线路坐标控制的一致性得到有效的保持。
6 结束语
总之，传统的测绘技术正在向现代化以立体为特征的测绘科学技术体系转变。整个测绘行业无论从技术上、设备上，还是效率上，都得到不同程度的提高。原来的测绘方法受时间、空间和通视条件的限制性，而GPS全球卫星系统利用其独特的优势，达到全天候采集，充分显示了它在该领域实际测量工作中比常规控制测量具有更大的优越性和适应性。相信，随着该技术的飞速发展和普及，GPS 定位技术在工程测量中将得到更加广泛的应用。
参考文献：
[1]韩艳荣.GPS技术在现代化测量中的应用[J].中国新技术新产品，2009，（07）.
[2]成桂静.GPS在工程测量中的应用[J].山西建筑，2009，（01）.