GPS技术在工程测量中的应用分析

GPS技术在工程测量中的应用分析

程茜1傅伟2朱海锋3

1.四川省川建勘察设计院；2.成都成房测绘有限责任公司四川省成都市610000

摘要：在工程的实践证明了GPS技术的工作原理、RTK下的放样与碎步测量以及GPS技术应用的优缺点等。随着科技的发展和社会的进步，人们对于GPS技术更加有依赖性，认为GPS技术应用在未来有更广阔的发展前景。下面我们就来介绍一下GPS的背景、GPS测量的基本原理以及GPS技术在工程测量中的应用分析。

关键词：GPS技术；工程测量中的应用；碎部测量；GPS定位；区域差分；GPS变形监测

一、GPS定位技术的概述

随着时代的发展和科技的进步，我国的GPS定位技术在不断的发展和完善，进一步使测绘定位技术也在发生革命性的改变，这对工程的测量增加了一个新的方法和技术，从1980年到现在，由于GPS技术定位的范围特别的广泛，甚至到到整个宇宙（包括陆地、海洋等各个区域），因此高精度的GPS技术正在逐渐代替用测水准、测角为主要的常规地面技术，定位的方法从静态变为了动态，定位服务领域已经从测绘领域进一步扩大到了国民经济建设的广阔领域，对各个方面的学科领域（地球物理探测、航空与卫星遥感、精密时间传递等各个方面的广泛应用）都产生了深远的影响，这充分说明了GPS技术对各个领域有着巨大的贡献和影响。

二、GPS测量的基本原理

GPS定位原理，与传统的后方交会有很多的相似之处，当接收机接收信号时，可以同时接收三颗卫星所发出的信号，在接收信号之前必须在某个恰当的A点位置设置一个GPS接收机，这样才能准确的测到测站点与卫星的实际距离，最后根据交会的原理确定测站点的三维坐标。如果想要利用距离交会法准确的算出点的具体位置，我们可以利用GPS发出的导航信息和测距信号去确定卫星的位置，与此同时，用户用GPS接收机可以在某一时间接收三颗以上的信号。假设这三颗卫星为b1、b2、b3，然后设置从GPS接收机道这三个卫星的距离分别为?籽1，?籽2，?籽3，这时就可以确定GPS卫星的三维坐标分别是（Xi，Yi，Zi），c=1，2，3，然后就可以得出三维坐标的观测方程，在算三围坐标的观测方程时要用距离交会法，在GPS在定位的过程中，由于GPS卫星的运动速度较快，所以坐标值也在快速的变化着，为了让GPS准确的测量出卫星之间与测出站的实际距离，我们可以把GPS卫星的运动状态转化为静态的定位和动态的定位测出其距离，在测量时，我们要区分一下这两种方法的不同之处，第一是载波相位测量，可以根据这种方法测量出GPS卫星和接收机两者之间的距离。第二种方法是伪距定位法，这种方法主要利用GPS的伪噪音信号去确定GPS为新和接收机的实际距离。

三、GPS技术应用的优点

1、用途广泛

GPS技术的应用范围特别的广泛，几乎可以应用于我们生活的各个领域，比如：可以检测出地壳板块运动状态和各种工程测量等，特别是在自动变形检测系统是我国未来发展和研究的重要方法。

2、自动化程度高

当我们在进行测量时，只需用GPS接收机和一个工作人员在旁边测量就行，开始测量时，工作人员只需打开电源，启动接收单元，这时GPS接收机会自动开始工作，工作完毕后工作人员只需关掉电源即可。工作人员开始手机数据，如果测量的时间较长，工作人员不必要在现场，这时可以采取无人值守的采集数据，采集完数据后，GPS接收机可以自动传输数据，把数据传输到数据处理中心，完后GPS技术就会实现自动化测量和计算。

3、定位精度高

进行短距离测量时，一般都是毫米之差，进行中、长距离时的精确度是10-8到10-9之间，在对大型建筑进行检测时，我们可以利用精密星历等特殊的方法对高程精度达到0.9mm左右。

4、全天候实时动态观测

用GPS定位时，不受任何气候条件的影响，让GPS定位系统持续化的工作。

5、可消除或削弱系统误差的影响

在变形监测的过程中，不是检测的监测点本身的坐标，而是两期的变形量，因为只有两期的变形监测的共同误差才会影响两期的坐标值，对所求的变形量没有造成任何影响，因此跟监测点本身的坐标值没有关系，因此在变形监测中，定向误差和对中误差等因素并不会对监测结果造成影响，监测的过程中要让天线固定好位置即可。

四、GPS在工程测量中的应用特点

1、建立工程控制网

工程控制网主要是对工程的管理和维护，但是对工程控制网的覆盖面积很小，而且精度要求也特别的高，通常情况下一般采用边角网的方法建立工程控制网。GPS技术用于建立控制网时，一般采用载波相位静态差分技术，可以降低到毫米的误差度，在建立隧道控制网的工程中的优势更加明显，如：在建立隧道控制网时由于长度较长，宽度较窄，采用传统的方法三角锁时要分段实施，多段实施，这样才可以减少误差，但GPS技术就不用考虑这么多因素，不需要分段施工，我们可以敷设很长GPS点构成的三角锁，这样就可以保证距离坐标的一致性，而且距离特别的标准。

2、RTK的碎部测晕与放样

RealTimeKinematic技术简称RTK技术，即载波相位差分技术，主要是对两个测站载波相位观察量的差别，RTK系统主要是将采集的载波相位传送给用户，接着用户就可以根据这些数据求出差解算用户的具体坐标，其系统主要由坐标已知和用户接受两部分构成，在测地籍图或者对平面位置的施工放样时也可以采用RTK技术，采用RTK技术时只需一个工作人员在场即可。在待定的特征点上1.0s上放置GPS接收机，然后对该特征点的编码即可，另外，把一个地区的特征和地形测定后，在传入计算机时一定要让专业的工作人员和专业的成图软件共同工作，这样才会有我们想要的成果图，在用RTK技术进行采样时，不需要用解析法标定，是坐标的直接标定，简单易行。

3、区域差分网下的碎部测量与放样

区域差分网下的碎部测量与放样时，是在区域GPS差分网的基础上进行工作的，RTK的碎部测量与放样与区域差分网下的碎部测量与放样的工作原理几乎的一样，但是RTK基准站比区域差基准站少一个，而多一个基准站的区域差可以提供各个基准站的信息，用户可以根据这些信息来确定各个基准站的差别和自己的准确位置，然后按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。

4、GPS变形监测

变形监测主要是对大型楼房等建筑物的检测，以及建筑物整体的倾斜度、沉陷等现状的检测，一般主要是利用水准测量的方法检测建筑物倾斜等不好现状。专业人员都知道，传统的检测方法（三角测量）检测那些大型的建筑时，一般耗费的时间特别的长，而且不会实现自动化的检测，需要工作人员进行大量的劳动体力去完成。但是现代GPS技术是自动化的检测技术，而且定位十分精确、不受气候的影响，精确度的位移量可小于1.5mm，高程的测量一般不超过9mm，最典型的工程例子是位于湖北省的一个隔河岩大坝：于1998年安装了一个GPS自动安装系统，并成功的运行了这个系统，经试验，GPS自动检测系统出来的数据精确度特别的高，而且数据准确，在GPS系统上设置了两个基准点，并对数据惊醒适当的处理，取得的水平方向的监测点大概为0.8mm，这一成功的范例说明我国的大型建筑的高精度变形监测都是以GPS技术为主的检测技术，并开拓了GPS自动监测系统的时代，由于科技的进步和时代的发展，我国的科技人员进一步的研究GPS卫星的跟踪，希望可以通过对数据的处理软件去完成数据的处理，这会大大降低检测系统的检测成本。

五、结束语

通过以上的介绍和分析，我们可以知道，GPS技术不仅可以自动观测测距，而且测出来的数据精确度特别的高，测距完全不受任何气候因素等自然条件的影响，所以说GPS技术是我们现在应用最广泛的技术，也是我们最信任的技术方法，它使三围坐标简单地表示出来，该技术不仅可以应用于工程测量中，如：RTK下的碎部测晕与放样，且测出的数据精确度特别的高，几乎精确到0.9mm，还可以应用到航天领域等各个领域中。最大的效益就是经费低、高效率和实时性，随着时代的进步和科学的发展，GPS技术在我国的应用范围更加广阔。

参考文献：

[1]杨志强.GPS测量原理及应用（修订版）[M].武汉：武汉大学出版社，2010年09期（19-30）

[2]洪立波.我国工程测量技术发展现状与成就[J].测绘通报，2013年17期（103-120）