GPS定位技术在工程测量应用中的优缺点

河南省地勘一院 王 沛 王新朝 刘书峰

GPS定位技术在工程测量应用中的优缺点

河南省地勘一院 王 沛 王新朝 刘书峰

在测绘领域，随着全站仪的推广普及，传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。近年来，随着GPS测量技术的发展，工程测量的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量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。

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2O200km，运行周期为11h58min。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。

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。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。

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。

1. 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。它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，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。特别是大型工程控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度。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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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，流动站不需基准站指挥，单人即可独立作业。

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。

1. 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，时间确定之后，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；

2. 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间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。

3. 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200m。(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。

4. GPS测量成果与常规测量成果之间，不同型号GPS测量成果之间存在差异，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)归算至大地水准面的改正；(2)归算到高斯投影面上的改正。二维联台平差模型不能解决平面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。

综上所述，在工程测量领域中，由于GPS定位技术自身独特而强大的功能，充分显示了它在该领域实际测量工作中比常规控制测量具有更大的优越性和适应性，同时也存在一些不足，还有待于进一步研究改善来适应实际测量工作。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。党和政府的一切工作，归根结底都是为了实现好维护好发展好最广大人民的根本利益。”建设人民满意的服务型政府，就是要求政府有一种公共服务职责的文化自觉意识，不断增强其公共服务创新能力，把公共服务摆放在更加重要的位置。各级政府应把公共科学服务的内容纳入“十二五”规划，制定切实可行的公共科学服务项目，以便有效发挥政府在公共服务中的主体地位和主导作用，为人民群众提供方便快捷、优质高效的公共科学服务。

3.优化多元的参与机制。一方面，在公共科学服务体系的构建过程中，政府有责任保障公民充分地参与基本公共科学设施的建设。要使公众对科技发展有更多的知情权，并能参与科技发展，监督科技服务。参与不仅仅是公民个人的依法参与，也可以是公民通过组成民间社团等非营利性服务机构的社会组织形式，合法地、有组织地进入公共领域，形成公共科学服务的共同治理结构，实现公共科学服务体系中政府与公民的良性互动。另一方面，参与公共事务是现代民主政治制度下公民应尽的义务，对公共事务的有序参与，既是现代民主精神的体现，更是公民履行公共义务的重要表现。

从政治学的角度看，公民参与性原则体现了服务型政府理论强调的善治的概念。所谓善治不同于传统的统治，其本质区别主要在于统治的权力向度是自上而下的单向度运作过程，而善治则是多元的上下互动的过程，它通过合作协调及对共同目标的确定等手段达到对公共事务的治理。从社会融合的角度来看，公民参与性原则可以增强公民的归属感和责任感，培养现代公民意识，树立公民在和谐社会中的主人翁意识、文化认同感和凝聚力，从而更好地调动公民参与公共科学生活的积极性，并激发其无限的微观活力和创造力。因此，政府要充分发挥市场对社会发展的促进作用，强化政府在市场经济条件下的社会管理和公共科学服务职能，把推进体制机制创新作为发展动力，创新公共科学服务体制，改革公共服务提供方式，鼓励和引导社会力量广泛参与，从而保证基本公共科学服务性资源的有效性。

4.建立公共科学服务绩效评估机制。绩效评估是检验战略和目标的执行情况的重要工具和手段。把公共科学服务内容纳入政府绩效评估之列，是提高政府绩效的有效途径之一。为此，应建立公共科学服务的效果监测评估机制，并强化领导问责制，建立公共科学服务的领导干部政绩考核制度，以确保公共科学服务体系、机制的良好运行。

综上，在探索自然、改造世界的长期实践中，人类不断推进科技进步和创新，不仅从物质层面上改变了世界，而且在精神层面上深刻影响了人类社会文明的发展。创建公共科学服务体系的理念，是在新的高度上思考科学推进社会发展的途径，思索人类科学活动的内涵。建立和完善公共科学服务体系，是一项复杂的社会系统工程，需要以政府为主导，社会组织和公民共同参与来完成。我们要在中国特色社会主义理论体系的指导下，努力建设具有中国特色、中国风格、中国模式、中国气派的公共科学服务体系，以满足人们对科学技术日益增长的新需求、新期待，以人为本，激发人的创造力、推动创造更多的社会财富，促进人与社会的全面发展。