GPS技术在工程测量中的作用

潘文琴 周德标

（1、云南省第三建筑工程公司，云南 昆明 650032 2、十四冶建设云南勘察设计有限公司，云南 昆明 650031）

1 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

GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200km，运行周期为l1h 58min。

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。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。

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人到相应卫星的存储器中。

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。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。

2 GPS定位技术的优越性

从工程测量的实施应用中，我们可以充分看到GPS测量的优越性，充分显示了这一卫星定位技术的高精度和高效益。

采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强。网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型(长边)方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。尽管GPS本身在进行测量时不受到通视条件的限制，但是，工程测量一般为小范围测量并受到工程成本的限制。因此，在实际的工程测量中，仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪等常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视，特别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困难。特别是大型桥梁控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度，进而影响到桥梁本身的精度。因此，在工程测量中布设GPS控制网时，必要时应当尽量使较多的点互相通视。

GPS方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求，而且具有较大的精度储备。采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，它比用相对中误差表示精度指标更为合理。采用GPS方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度。网形优化比较方便。采用GPS-RTK测设建筑方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业，流动站不需由基准站指挥，单人即可独立作业。

3 GPS定位技术的不足

GPS技术以其独特而强大的功能与优点充分显示了它在该领域发展的优越性，以及更大、更广阔的发展空间。但在该领域实际施工过程中和后续工程的建设和监测中也暴露出了一些不足。GPS系统精确定位的关键就在于对卫星和接收机之间距离的准确计算，按照固定模式：距离=速度×时间，时问确定之后，速度按电磁波的传播速度定。众所周知电磁波在真空中的传播速度很快，但大气层不是真空状态，信号要受到电离层和对流层的重重干扰。GPS系统只能对此进行平均计算，在某些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差。

与常规仪器进行的控制测量一样，使用GPS-RTK技术应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之问具有较好的位置分布。当使用动态GPS-RTK进行观测时，基准站的精度要经过3～5个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。

大量的工程实例证明，虽然GPS高程测量能够达到一定的精度，但是GPS施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。

GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标(包括高程)的，任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产生误差。为此，在选择测量点位时应注意以下几点：(1)点位视野开阔，向上15°，视角范围内应尽量避免有障碍物；(2)尽量远离大功率无线电发射源，间距应不小于400m，远离高压输电线路，间距应不小于200 m；(3)远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。

GPS测量更适用于视野开阔、障碍物较少的新区建设、野外勘探定位等，在老城区的建设中，使用GPS测量，或者接收不到信号，或者虽接收到信号，但一直处于浮动状态，出现假同定或者不能固定，因此所得数据往往误差较大，既无效率，又无精度，不能显示出GPS测量的优越性。GPS测量成果与常规测量成果之间，不同型号的GPS测量成果之问存在差异，有时相差比较大：GPS网在进行平差计算时，边长一般需要进行两项改正：(1)归算至大地水准向的改正；(2)算到高斯投影而上的改正。二维联台平差模型不能解决平而位置与高程位置统一的问题，而三维联台平差模型是一个多功能的可实现平差模型转换的高级平差系统，平差得到的结果是点的三维空间位置及其精度，这对于点位及其分量的全面分析和研究是极有利的。但在三维联合平差时，需要地面点有相应精度要求的大地高观测值，这在某些情况下是难以实现的。

GPS及其相关技术是一门新兴起的技术，其运用的规范标准还不够完善，目前我国还没有颁布统一的地理信息标准，导航产品生产商大多使用自己开发生产的电子地图，这些电子地图一般相互不兼容。

4 结语

综上所述，GPS测量是通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。现已成功应用于工程测量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。随着该技术的飞速发展和普及，以及相关技术的应用，GPS定位技术将在城市建设及工程测量中得到更加广泛的应用。

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPs测量原理及应用[M].武：武汉大学出版社，2003.

[2]周建郑.GPS 测量定位技术[M].北京：化学工业出版社2004.