GPS測量技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用

劉姝

【摘 要】介紹了GPS的系統(tǒng)組成、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、操作方法以及GPS測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】全球定位系統(tǒng)；GPS測量技術(shù)；工程測量；應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱GPS）是美國從20世紀(jì)70年代開始研制的用于軍事部門的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。是一種可以通過定時和測距進(jìn)行空間交會定點(diǎn)的導(dǎo)航系統(tǒng)， 可向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時間信息。

1.GPS系統(tǒng)的組成

GPS定位系統(tǒng)由GPS工作衛(wèi)星組成的空間部分、若干地面站組成的地面監(jiān)控部分及以接收機(jī)為主的用戶部分組成。三者具有獨(dú)立的功能和作用， 又有機(jī)結(jié)合形成完整系統(tǒng)。

1.1空間星座部分

空間部分由7顆試驗衛(wèi)星和24顆GPS工作衛(wèi)星組成。

1.2地面監(jiān)控部分

地面監(jiān)控系統(tǒng)由1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站組成。

1.3用戶設(shè)備部分

用戶設(shè)備部分包括GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件等。

2.GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星定位原理

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。

3.GPS測量的特點(diǎn)

3.1測量精度高

GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量，在小于50km 的基線上，其相對定位精度可達(dá)1×10-6，在大于1000km 的基線上可達(dá)1×10-8。

3.2測站間無需通視

GPS測量不需要測站間相互通視，可根據(jù)實際需要確定點(diǎn)位，使得選點(diǎn)工作更加靈活方便。

3.3觀測時間短

進(jìn)行GPS測量時，靜態(tài)相對定位每站僅需20min左右，動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。

3.4儀器操作簡便

觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機(jī)后設(shè)定參數(shù)，接收機(jī)即可進(jìn)行自動觀測和記錄。

3.5全天候作業(yè)

GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行觀測，一般不受天氣狀況的影響。

3.6提供三維坐標(biāo)

GPS測量可同時精確測定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其高程精度已可滿足四等水準(zhǔn)測量的要求。

4.GPS在工程測量中的實施

4.1選點(diǎn)與建立標(biāo)志

選點(diǎn)應(yīng)滿足以下條件：點(diǎn)位應(yīng)選在交通方便、易于安置接收設(shè)備的地方， 且視場要開闊；GPS點(diǎn)應(yīng)避開對電磁波接收有干擾的物體。

4.2外業(yè)觀測

GPS外業(yè)觀測主要包括天線安置、觀測作業(yè)和觀測記錄等。天線安置的內(nèi)容包括對中、整平、定向和量測天線高。觀測作業(yè)的主要任務(wù)是捕獲GPS衛(wèi)星信號對其進(jìn)行跟蹤、接收和處理， 以獲取所需的定位信息和觀測數(shù)據(jù)。觀測記錄是GPS定位的原始數(shù)據(jù)，也是進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理的唯一依據(jù)， 必須要真實、準(zhǔn)確。

4.3成果校核與數(shù)據(jù)處理

5.在工程測量中的應(yīng)用

工程測量主要應(yīng)用了GPS的兩大功能： 靜態(tài)功能和動態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過接收到的衛(wèi)星信息， 確定地面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 動態(tài)功能是通過衛(wèi)星系統(tǒng)， 把已知的三維坐標(biāo)點(diǎn)位， 實地放樣地面上。利用GPS靜態(tài)定位技術(shù)和動態(tài)定位技術(shù)相結(jié)合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制測量。當(dāng)前， 用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測量， 為勘測階段測繪帶狀地形圖、路線平面、縱橫斷面測量提供依據(jù)； 在施工階段為橋梁， 隧道建立施工控制網(wǎng)。

5.1建立工程控制網(wǎng)

采用GPS定位的方法建立工程控制網(wǎng)，具有點(diǎn)位選擇限制少，作業(yè)時間短，成果精度高，工程費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)?？蓱?yīng)用于建立工程首級控制網(wǎng)，變形監(jiān)測控制網(wǎng)，工礦施工控制網(wǎng)，工程勘探、施工控制網(wǎng)，隧道等地下工程控制網(wǎng)，等等。

5.2變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要是監(jiān)測像大橋、水庫大壩、高層大樓等建筑物、構(gòu)筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況。監(jiān)測工作的特點(diǎn)是被監(jiān)測體的幾何尺寸巨大，監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測技術(shù)要求高。GPS技術(shù)在該領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

5.3實時動態(tài)（RTK）定位技術(shù)

實時動態(tài)（RTK）定位技術(shù)是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破， 在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。實時動態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動站組成，實時動態(tài)（RTK）定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式， 兩種定位模式相結(jié)合， 在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS（地理信息系統(tǒng)）前端數(shù)據(jù)采集。速靜態(tài)定位模式一般應(yīng)用在控制測量中， 如控制網(wǎng)加密；工作。

5.4動態(tài)定位

動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應(yīng)用前景， 可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面測量等工作。且整個測量過程不需通視， 有著常規(guī)測量儀器（如全站儀）不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

GPS在公路工程測量中的應(yīng)用， 對高等級公路的勘測手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革， 極大地提高了勘測精度和勘測效率， 隨著科學(xué)的發(fā)展，GPS將在公路勘測、施工和后期養(yǎng)護(hù)、管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。