浅谈工程测量GPS测量技术应用

浅谈工程测量GPS测量技术应用

王运成

王运成

海口市城市规划设计研究院成都分院四川成都610017

摘要：GPS全球定位系统在市政、建筑、公路工程测量中的应用，在最近的几年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。本文介绍了GPS测量技术的组成，并阐述了GPS技术在工程测量中应用的方法，以供大家参考。

关键词：工程测量；GPS：应用

一、GPS定位技术的组成

GPS全球定位系统是由以下几个部分组成：

空间部分。24颗GPS工作卫星均匀分布在55°倾斜角轨道上，确保从地球的任何地点、时刻都能观测到至少4颗卫星，发射信号上有用户用来定位、导航的导航电文及测距码等基础数据。

用户部分。用户设备、数据处理软件、GPS接收机是GPS用户组成部分，作用是接收并利用GPS卫星发射的信号进行导航定位。

地面控制部分。主控站、监测站、注入站是地面控制的组成部分。监测站主要负责连续跟踪观测接收到的卫星讯号，提供主控站观测数据；主控站主要进行数据的处理、对系统进行管理，并将处理后的数据传送至注入站；注入站负责将数据存入相应卫星存储器。

二、GPS在工程测量中的应用方法

1.常规静态测量

这种模式采用两台或两台以上GPS接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45分钟以上的时间。这种模式一般可以达到5mm+1ppm的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。

2.快速静态测量

这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。

3.准动态测量

这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化。这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式。这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星。流动接收机在初始化后开始连续运动，并按指定的时间间隔自动记录数据。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。

4.实时动态测量

这种模式具体方法是：在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。DGPS通常叫做实时差分测量，精度为亚米级到米级，这种方式是基准站将基准站上测量得到的RTCM数据通过数据链传输到移动站，移动站接收到RTCM数据后自动进行解算，得到经差分改正以后的坐标。RTK则是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。它的工作思路与DGPS相似，只不过是基准站将观测数据发送到移动站，移动站接收机再采用更先进的在机处理方法进行处理，从而得到精度比DGPS高得多的实时测量结果。

三、GPS在工程测量中的具体应用

1.建立工程控制网

工程控制网是工程建设、管理和维护的基础,其网型和精度要求与工程项目的性质、规模密切相关。一般工程控制网覆盖面积小、点位密度大、精度要求高。用常规的方法,多采用边角网等。采用GPS定位的方法建立工程控制网,具有点位选择限制少,作业时间短,成果精度高,工程费用低等优点。可应用于建立工程首级控制网,变形监测控制网,工程勘探、施工控制网等。应用GPS技术建立控制网,通常采用载波相位静态差分技术,以保证达到毫米级精度。应用GPS技术建立勘探、施工控制网等具有显著的优势。河道、道路勘探、施工控制网,具有横向很窄、纵向很长的特点。采用传统的三角锁、导线方案,多数需要分段实施,以避免误差积累过大。采用GPS技术,由于点与点之间不需要通视,可以敷设很长的GPS点构成的三角锁,以保持长距离线路坐标控制的一致性。通过在实际应用的情况比较，我们总结出在平均边长在5公里以下的工程GPS控制网，用双频接收机观测20-30min即可满足工程精度要求的良好结果。因此在实际工作中，当观测条件良好时，工程GPS控制网的观测时段可以比规范规定的时间缩短10-20min，这对进一步提高GPS测量的效率无疑具有积极的作用。

2.变形监测

变形监测主要是监测像大桥、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巨大,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;应用三角测量法,监测地的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。我们在某大坝变形监测中建立高精度GPS监测网,最后得出毫米级精度的绝对平面位移与相对垂直监测数据；最后用全站仪进行检测比对，实践证明GPS测量完全可以取代高精度边角测量。这样给我们启示：在不低于二等精度的GPS控制网，应用在短边监测网如大坝监测中，完全可以替代常规边、角监测网，而且可以取得毫米级甚至亚毫米级精度的绝对平面位移与相对垂直监测数据；在有条件的情况下，小范围内以大地高取代高精度的水准测量的正常高也是有可能的。

3.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,不象常规放样那样,需要后视方向、用解析法标定,因而简捷易行。

结语

总之，与传统的测量方法相比，GPS测量技术的优势是不可比拟的，在GPS定位技术进一步的应用与研究基础上，在进行工程测量的过程中，GPS定位技术的作用将会更广，测绘技术的发展也会更加快速。GPS定位技术的功能应用范围极大，还有更多未知的潜能未被挖掘出来，等待我们进一步探究发现。

参考文献

[1]刘成，毕爱增.GPSRTK技术在工程测量中的应用[J]铁路航测2000

[2]潘文琴，周德标.GPS技术在工程测量中的作用[J]中国新技术新产品2010