电子科技职称论文探析工程测量GPS技术

　　摘要：GPS全球定位系统是建立在载波相位观测值基础上的实时动态定位系统。由于GPS全球定位系统可以高精度并快速地测定坐标，GPS在工程测量领域已得到广泛应用，特别是RTK新产品的出现，可以更快速、更方便、更简捷、高精度地测定坐标。本文笔者根据多年工作经验，介绍了GPS定位的原理，测量的技术特点，简要分析了其在工程测量中的应用。

　　关键词：GPS技术,工程测量,应用

　　1 GPS的组成

　　GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。(1)GPS空间卫星星座由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。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。(2)GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。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。(3)GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。

　　2 GPS定位原理

　　GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

　　3 GPS测量的技术特点

　　3.1测站之间无需通视

　　测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

　　3.2定位精度高

　　一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12 × 10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

　　3.3观测时间短

　　采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时问一般在30-40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。

　　3.4提供三维坐标

　　GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

　　3.5操作简便

　　GPS测量的自动化程度很高。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，量取天线高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。

　　3.6全天侯作业

　　GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

　　4 GPS在工程测量中的应用分析

　　GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制。非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。

　　另外，可进行实时动态监测，多适用于在缓慢变形中存在突变的变形以及工程结构物在外力作用下的振动变形。工程结构物的振动变形量及其振动频率是工程结构物健康监测的重要参数，而传统的加速度仪测量方法不能测量出工程物在外力作用下的整体惯性位移，为工程结构物的健康诊断和设计检验带来了很大的困难。国际上将GPS技术用于大型工程结构物动态变形监测出现在20世纪90年代中期，随后国内外一些学者对此已进行了一系列的试验性研究工作，并取得了一些成功案例。在工程测量中，GPS的应用可分为以下几方面：

　　4.1静态GPS在工程测量中的应用

　　常规控制测量如三角测量、导线测量，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。

　　4.2动态GPS在工程测量中的应用

　　a.动态GPS在城市基本控制中的运用

　　RTK初始化时间只有十几秒，测量时间只有2-3S，运用其动态定位的特点进行城市基本控制，每站独立观心房管大楼顶作为基站，以首级控制中的两套坐标作为RTK测量控制点的起算数据，流动站实时测量其北京54坐标，重复测量3次，若无粗差，取其平均值作为基本控制点的坐标。其成果符合城市基本控制的精度要求。

　　b.动态GPS在施工放样中的运用

　　放样主要是把图上设计的坐标与高程在实地标定出来，它其实是测量坐标的一个反过程。以往主要采用全站仪放样，一般至少需要两人合作，且要求测站点与放样点要通视才行，若不通视，还要进行转站。若附近无控制点，则先引点。现在采用动态GPS进行放样，只要把放样的点坐标输入手簿中，测量员背着GPS接收器，根据其显示提示测量员走到放样点位上，放样像走路一样轻松完成。但RTK技术精度较高，各放样点的误差影响也是独立的，因此已经被很多测绘单位所应用，因此准确评价RTK的放样精度，指向在工程中的应用以及质量控制至关重要。

　　c.动态GPS在地形测图中的应用

　　由于RTK技术可进行实时定位以达到厘米级的精度，因此，RTK技术可用于控制测量、地形测图、地籍等测量中。地形测图一般是用全站仪采集地形、地物碎部点，利用测图软件电脑成图。其要求是不仅测站点与被测的地物、地貌碎部点之间通视，而且还需要2-3人同时进行操作。采用RTK技术进行测图时，一人在基准站架好仪器，另一人背着仪器到每个碎部点立杆并通过电子手簿输入特征编码记录数据，一般取3s作为一个记录单元，在记录数据时，要求测量人员立点要准确，尽量稳住对中杆，同时画出草图，以便内业整图时提供参考。点位精度在符合要求的情况下，在测定一个区域内的地形、地物点位，测定完成回到室内，再用传输线将数据导人微机，由专业绘图软件编制地形图。

　　d.动态GPS在地籍测量中的应用

　　地籍测量中应用RTK技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍图，同上述测绘地形图一样，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GPS系统,可及时、精确地获得地籍图。在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可以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。在土地利用动态检测中，也可利用RTK技术。传统的动态野外检测采用是简易补测法或平板仪补测法。如利用钢尺用距离交会、直角坐标法等进行实测丈量，对于交通范围广的地区采用平板仪补测法，这种方法速度慢、效率低。而应用RTK新技术进行动态监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，保证了土地利用状况调查的现实性。

　　5 结束语

　　综上所述，GPS技术的迅速发展和应用，给测量手段带来了日新月异的变化，也给工程建设带来许多方便，节约大量人力、物力、时间及成本。GPS作为一种全新的测量手段，必将在土木工程测量施工领域中将有广阔的前景。

　　参考文献：

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　　[2]管国斌.对中小城镇GPS控制网中几个问题的探讨[J]。浙江测绘，2003，(2)：45—46.

　　[3]刘大杰.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，1996.

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