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[摘 要]本文通过对GPS的主要组成部分及其测量原理进行了概速，并详细地阐述了GPS的具体优点，在此基础上提出GPS技术在工程测量中的具体应用，仅供同行借鉴参考。
[关键词]GPS定位系统；工程测量；应用
中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0371-01
1 GPS技术的概述
GPS技术定位的理论基础是距离交会定点原理。利用GPS技术获得距离观测量主要采用两种方法：伪距测量；载波相位测量。其中载波相位测量的定位精度更高，主要用于相对定位。GPS技术的特点如下：
1.1 测站之间无须通视
测站之间能够相互通视是许多传统测量方法应用的前提，但是由于地形地貌等因素的影响，通视并不能够容易的实现，而GPS技术则很好的避免了这个问题。GPS 技术不需要测站之间相互通视，并且可以根据实际需要来灵活、方便的确定点位，减轻了工程人员的工作负担，提高了工作效率。
1.2 观测时间较短
目前，随着GPS系统及其解算软件的不断更新和完善，在20千米范围内的静态相对定位时间大约只需要15分钟，15千米范围内的快速静态相对定位时间仅需1分钟左右即可完成。另外，如果提前确定模糊度后，GPS系统的动态相对定位确定一个厘米级的定位数据只需要几秒钟。并且通过利用GPS技术建立的控制网，还可以提高信息的利用率，也可以缩短观测时间，使工程测量工作更为快捷。
1.3 定位精度高
采用GPS技术定位时，一般采用双频GPS接收机，其基线解精度通常是5mm+1ppm，而另一种常用的测量仪器，红外仪标称的精度为5mm+5ppm。GPS的定位精确度与红外仪的精度相比，二者基本相当，但是GPS 接收机存作业时不会受到距离或者环境等的限制，因此适用于地形条差、局部重点工程中。对于小于50km 的基线，其定位精度能达到12×10-6，对于距离在1O0-500km 间的基线，其定位精确度能达到10-6～l0-7。随着GPS 技术的进步，其在大于800km基线上的相对定位精度或可达10-8。
1.4 使用方法简单
GPS接受机具有较高的自动化水平，而且日趋小型化与智能化。观测人员只需要在开机后设定相关的参数，将天线整半、对中，接收机就可以自动捕获卫星，开展观测跟踪、记录等工作，然后只需利用数据处理软件及时的对数据进行处理，便可获得测点的三维坐标。
1.5 提供三维坐标
GPS技术与传统测量技术不同，GPS测量观测计算得到的是观测站点的三维坐标。因此其不但能够精确测定观测站点的平面位置，还能够精确测定观测站的大地高程。
1.6 全天候作业
GPS是利用诸多卫星均匀分布，系统可以覆盖全球的每一个角落，并且该系统能全天候连续作业，不受时间和自然条件限制。但需注意的是，如遇雷雨天尽量不要进行测量工作。
2 GPS技术在工程测量中的应用方法
2.1 静态GPS相对定位
静态GPS测量技术主要用于建立工程控制网。之后再利用其它测量方法进行加密的附合导线测量。控制网的常规控制测量方法主要包括三角测量和导线测量，测量方法通常是先布设控制网点，在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点，以往是利用全站仪及棱镜等实施，而在这一过程中要求点间必须通视，而且外业中不能及时知道测量成果的精度，耗力费时。GPS静态相对定位系统测量时，无需点间通视，就能高精度地进行测定，还可以高精度快速地测定各等级控制点的坐标。
2.2 动态GPS相对定位
GPS动态测量就是通过GPS信号实现对运动目标的实时监测，相对于某一个参考系的时间、位置、速度、姿态及加速度等参数，通过安装在运动载体上的GPS接收器，实时获得GPS信号接收机的所在位置，也就是GPS实时动态定位系统。相对于静态GPS定位来说，动态的GPS定位系统主要单指一台固定的接收机，并以此作为基准，另一台接收机则处于不断运动的状态，作为流动站。动态GPS定位技术，通过对两站之间信号差别的计算与比较，最后得出每个流动站在任意时间的坐标位置与位移情况。GPS动态测量的差分数据主要有两种处理方法：一种足即时处理，另一种是滞后处理。即时处理主要指及时对基准站中测量到的信息传送到流动站，井进行对比加工、形成数据链，应用到实时传输信息数据中；滞后处理则不需要将基准站中的测量信息很快传输到流动站中，只需要在后期对有关数据进行处理即可。
2.3 GPS RTK技术
RTK（Real-time kinematic）是一种新的GPS 测量技术，其理论基础是载波相位动态实时差分法。静态测量、动态测量（快速静态测量）都需要测量后进行解算才能得到厘米级的精度，GPS RTK技术在野外就能实时获得厘米级定位精度。RTK 作业模式中，基准站用电磁信号将其观测值以及站点坐标信息一起发送给流动站，流动站在接收来自基准站数据的同时，也要观测GPS卫星信号，以获得观测数据，并且在系统内组成差分观测值，实现实时处理，瞬时给出精度为厘米级的流动站点位坐标。采用GPS RTK技术测量时，仅需一人使用仪器在要测的地点处几秒钟，并且在此处立即输入相应的特征编码，手簿即可显示出该点位的精度，可以一直测量直到获取满意的精度为止。测完后回到室内，通过专业的软件进行数据分析，工程人员就可以得到该处的地形图。GPS RTK技术的有点是：仅需1 到2 人操作，不需点间通视，工作效率高，可以测各种地形图。
3 GPS技术在应用中需要注意的问题
（1）点位地形利于减小多路径误差。接收机天线接收的GPS信号有两种，一是直接从GPS 卫星接收的直接波；二是经过地面或者地物反射接收的反射波。反射波会干涉直接波而引起站卫距离误差。
（2）选择的点位处视野要应该开阔。视场周围的障碍物应尽量较少，障碍物的高度角，一般不大于10～15度，以减少因对流层折射所带来的影响。
（3）点位稳固，易于通达，便于通讯。
（4）在情况较为复杂的地区进行GPS定位时，最佳观测时段的选择尤其重要。不好的观测时段内往往是观测同一组卫星的组合，虽然这样PDOP值较为满意，但Ration值过小，RMS值过大等，实际相对定位效果则一般。观测时段以早上和傍晚为宜，此时卫星信号比较理想。如果选点位置和观测时段不够理想，则应适当延长观测时间，以便基线解算时有足够的数据参加解算，提高基线解算质量。
（5）在建立控制网时，起算点应分布均匀。在网点个数确定的情况下，增加GPS边的条数，增加异步环的个数，有利于提高网的精度和可靠性。
（6）基线起点坐标不准确的应对方法：基线起点坐标不准确是工程人员在处理数据时经常遇到的问题，对此，可以在计算基线解时，选择准确度较高的坐标，来作为基线解算时的起点。在选择起点坐标时，可以通过在单点处定位长时间观察得到，也通过可以与较为准确的WGS-84 坐标联测的方法得到；如果没有条件选择准确度较高的坐标，也可以在整网结算时采用一定的技巧，即将用一个点坐标衍生出所有基线的起点坐标，这样基线解就都具有一定的系统偏差，再利用GPS 网平差处理，引入系统参数即可获得叫准确的基线解。
4 结语
GPS技术具有精度高、观测时间短、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，因此，该技术除应用于航天、航海等领域外。已广泛应用于工程测量中的建立工程测量控制网、RTK下的碎部测量与放样、区域差分系统下碎部测量与放样以及变形监测等各个领域；同时GPS技术也有一些缺点。但随着科学的发展，GPS技术将具有更广阔的应用前景。
[关键词]GPS定位系统；工程测量；应用
中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0371-01
1 GPS技术的概述
GPS技术定位的理论基础是距离交会定点原理。利用GPS技术获得距离观测量主要采用两种方法：伪距测量；载波相位测量。其中载波相位测量的定位精度更高，主要用于相对定位。GPS技术的特点如下：
1.1 测站之间无须通视
测站之间能够相互通视是许多传统测量方法应用的前提，但是由于地形地貌等因素的影响，通视并不能够容易的实现，而GPS技术则很好的避免了这个问题。GPS 技术不需要测站之间相互通视，并且可以根据实际需要来灵活、方便的确定点位，减轻了工程人员的工作负担，提高了工作效率。
1.2 观测时间较短
目前，随着GPS系统及其解算软件的不断更新和完善，在20千米范围内的静态相对定位时间大约只需要15分钟，15千米范围内的快速静态相对定位时间仅需1分钟左右即可完成。另外，如果提前确定模糊度后，GPS系统的动态相对定位确定一个厘米级的定位数据只需要几秒钟。并且通过利用GPS技术建立的控制网，还可以提高信息的利用率，也可以缩短观测时间，使工程测量工作更为快捷。
1.3 定位精度高
采用GPS技术定位时，一般采用双频GPS接收机，其基线解精度通常是5mm+1ppm，而另一种常用的测量仪器，红外仪标称的精度为5mm+5ppm。GPS的定位精确度与红外仪的精度相比，二者基本相当，但是GPS 接收机存作业时不会受到距离或者环境等的限制，因此适用于地形条差、局部重点工程中。对于小于50km 的基线，其定位精度能达到12×10-6，对于距离在1O0-500km 间的基线，其定位精确度能达到10-6～l0-7。随着GPS 技术的进步，其在大于800km基线上的相对定位精度或可达10-8。
1.4 使用方法简单
GPS接受机具有较高的自动化水平，而且日趋小型化与智能化。观测人员只需要在开机后设定相关的参数，将天线整半、对中，接收机就可以自动捕获卫星，开展观测跟踪、记录等工作，然后只需利用数据处理软件及时的对数据进行处理，便可获得测点的三维坐标。
1.5 提供三维坐标
GPS技术与传统测量技术不同，GPS测量观测计算得到的是观测站点的三维坐标。因此其不但能够精确测定观测站点的平面位置，还能够精确测定观测站的大地高程。
1.6 全天候作业
GPS是利用诸多卫星均匀分布，系统可以覆盖全球的每一个角落，并且该系统能全天候连续作业，不受时间和自然条件限制。但需注意的是，如遇雷雨天尽量不要进行测量工作。
2 GPS技术在工程测量中的应用方法
2.1 静态GPS相对定位
静态GPS测量技术主要用于建立工程控制网。之后再利用其它测量方法进行加密的附合导线测量。控制网的常规控制测量方法主要包括三角测量和导线测量，测量方法通常是先布设控制网点，在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点，以往是利用全站仪及棱镜等实施，而在这一过程中要求点间必须通视，而且外业中不能及时知道测量成果的精度，耗力费时。GPS静态相对定位系统测量时，无需点间通视，就能高精度地进行测定，还可以高精度快速地测定各等级控制点的坐标。
2.2 动态GPS相对定位
GPS动态测量就是通过GPS信号实现对运动目标的实时监测，相对于某一个参考系的时间、位置、速度、姿态及加速度等参数，通过安装在运动载体上的GPS接收器，实时获得GPS信号接收机的所在位置，也就是GPS实时动态定位系统。相对于静态GPS定位来说，动态的GPS定位系统主要单指一台固定的接收机，并以此作为基准，另一台接收机则处于不断运动的状态，作为流动站。动态GPS定位技术，通过对两站之间信号差别的计算与比较，最后得出每个流动站在任意时间的坐标位置与位移情况。GPS动态测量的差分数据主要有两种处理方法：一种足即时处理，另一种是滞后处理。即时处理主要指及时对基准站中测量到的信息传送到流动站，井进行对比加工、形成数据链，应用到实时传输信息数据中；滞后处理则不需要将基准站中的测量信息很快传输到流动站中，只需要在后期对有关数据进行处理即可。
2.3 GPS RTK技术
RTK（Real-time kinematic）是一种新的GPS 测量技术，其理论基础是载波相位动态实时差分法。静态测量、动态测量（快速静态测量）都需要测量后进行解算才能得到厘米级的精度，GPS RTK技术在野外就能实时获得厘米级定位精度。RTK 作业模式中，基准站用电磁信号将其观测值以及站点坐标信息一起发送给流动站，流动站在接收来自基准站数据的同时，也要观测GPS卫星信号，以获得观测数据，并且在系统内组成差分观测值，实现实时处理，瞬时给出精度为厘米级的流动站点位坐标。采用GPS RTK技术测量时，仅需一人使用仪器在要测的地点处几秒钟，并且在此处立即输入相应的特征编码，手簿即可显示出该点位的精度，可以一直测量直到获取满意的精度为止。测完后回到室内，通过专业的软件进行数据分析，工程人员就可以得到该处的地形图。GPS RTK技术的有点是：仅需1 到2 人操作，不需点间通视，工作效率高，可以测各种地形图。
3 GPS技术在应用中需要注意的问题
（1）点位地形利于减小多路径误差。接收机天线接收的GPS信号有两种，一是直接从GPS 卫星接收的直接波；二是经过地面或者地物反射接收的反射波。反射波会干涉直接波而引起站卫距离误差。
（2）选择的点位处视野要应该开阔。视场周围的障碍物应尽量较少，障碍物的高度角，一般不大于10～15度，以减少因对流层折射所带来的影响。
（3）点位稳固，易于通达，便于通讯。
（4）在情况较为复杂的地区进行GPS定位时，最佳观测时段的选择尤其重要。不好的观测时段内往往是观测同一组卫星的组合，虽然这样PDOP值较为满意，但Ration值过小，RMS值过大等，实际相对定位效果则一般。观测时段以早上和傍晚为宜，此时卫星信号比较理想。如果选点位置和观测时段不够理想，则应适当延长观测时间，以便基线解算时有足够的数据参加解算，提高基线解算质量。
（5）在建立控制网时，起算点应分布均匀。在网点个数确定的情况下，增加GPS边的条数，增加异步环的个数，有利于提高网的精度和可靠性。
（6）基线起点坐标不准确的应对方法：基线起点坐标不准确是工程人员在处理数据时经常遇到的问题，对此，可以在计算基线解时，选择准确度较高的坐标，来作为基线解算时的起点。在选择起点坐标时，可以通过在单点处定位长时间观察得到，也通过可以与较为准确的WGS-84 坐标联测的方法得到；如果没有条件选择准确度较高的坐标，也可以在整网结算时采用一定的技巧，即将用一个点坐标衍生出所有基线的起点坐标，这样基线解就都具有一定的系统偏差，再利用GPS 网平差处理，引入系统参数即可获得叫准确的基线解。
4 结语
GPS技术具有精度高、观测时间短、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，因此，该技术除应用于航天、航海等领域外。已广泛应用于工程测量中的建立工程测量控制网、RTK下的碎部测量与放样、区域差分系统下碎部测量与放样以及变形监测等各个领域；同时GPS技术也有一些缺点。但随着科学的发展，GPS技术将具有更广阔的应用前景。