GPS系统在房屋工程控制测量中的运用

李远河

(江西省核工业地质局265大队,江西鹰潭 335000)

GPS系统在房屋工程控制测量中的运用

李远河

(江西省核工业地质局265大队,江西鹰潭 335000)

随着GPS定位技术的快速发展和应用水平的不断提高,GPS系统的应用领域不断拓宽。GPS系统不仅广泛用于船舶、飞机、汽车以及机器人等的导航,还应用在大地测量、工程测量、航空测量和海洋测绘等领域。本文简单介绍了GPS系统的原理及其优点,并对其在房屋工程控制测量中的应用进行了探讨。

GPS系统 原理 房屋 工程测量

1 GPS系统原理

Global Positioning System（全球定位系统），简称GPS系统。GPS系统由空间卫星部分、地面控制部分和用户三部分组成[1]。空间部分的多个轨道平面上共分布了24颗卫星，其中有21颗工作卫星和3颗备用卫星。地面控制部分由1个主控站、3个注入站和5个监测站组成，其任务是管理和调整系统的工作状态以保证整个系统的正常运转，是整个系统的中枢。用户是指所有使用接收机完成授时、定位等服务的整体[2]。接收机由主机、电源和天线组成，主机负责整个系统的自动管理，能够检查、报警和排除部分故障;天线用来采集卫星信号;电源为主机和天线供电。

GPS系统定位的基本原理如下：根据已知卫星的瞬时坐标以及GPS卫星和用户接收机天线支架的距离观测量，来确定用户接收机即观测站的位置。根据测量学中的后方交会原理，理论上一个观测站有3个独立的距离观测量即可计算出其所在的位置。然而，在实际应用中，必须至少同时观测4颗卫星，由于伪距的影响，即卫星钟和用户接收钟之间的同步差，使实际观测的距离产生了误差;卫星钟差可以利用相关参数进行确定和修正，而接收机的钟差则不能，因此只能作为一个未知参数一并求解，这就要求只能再增加一颗观测卫星，即利用4颗卫星的观测数据，这样才能使所有4个未知参数全部求解出来。

2 GPS系统的优点

2.1 定位精度高

GPS系统的精度要比普通测量方法的精度高，特别是随着距离的增加，GPS精度高的优点更加突出。GPS基线向量的相对精度在10-5-10-9之间，且随着距离的增加精度仍然较高，明显优于常规的测量方法。

2.2 测量时间短

GPS系统在进行一般等级的测量时观测时间一般为1-2个小时，甚至更短。另外，GPS测量时不像常规测量方法那样只有实现了点与点之间的通视才能进行测量，只需各个观测点能接收到卫星信号即可。因此在测量中可以避免很多中间过程，方便测量，使测量时间更短。

2.3 对工作条件的适应性强

GPS系统对工作条件的适应性很强，不受时间、地点和天气等条件的限制。即无论任何位置：天空、海上还是陆地;任何时间：白天还是黑夜，或者一年四季各时节;无论天气如何：晴好、风雾还是雨雪，GPS都能进行定位、授时等服务，保证用户无论在何种情况下都能顺利地完成任务。

2.4 操作方便

GPS系统的观测、处理等过程都实现了高度的自动化，观测过程和数据处理过程都是通过相关仪器和设备自动完成的，无需大量人力和技术，操作方便，同时也大大减少了人为误差以及粗差的发生。

3 GPS系统在房屋工程测量中的应用

3.1 技术设计

在房屋工程测量中，GPS系统的技术设计不仅要符合合同书上的技术要求，而且也要符合国家建设部的有关规范、章程和制度的要求。GPS系统网的布设方式有点连式、边连式、网连式及边点混合连接等多种方式[3]。在实际中，要根据房屋周围测区的实际情况，选择合适的GPS系统网型。在控制网设计时，要根据精度需要选择合适的网型，并适当提高外业施测和内业数据处理等环节的技术指标。在观测计划方面，可根据GPS卫星的预报图和几何图形的强度，选择最好的观测点和最佳的观测时间。

3.2 外业施测

GPS在房屋工程测量中，选点时要去现场进行测量并根据布设网型进行实地选点。选点时，不仅要符合GPS的观测要求，还要避免信号被减弱或干扰，远离干扰源，避开高压线，以保证观测的质量。在地面高度角大于15度的范围内不应有障碍物，选点要布设在开阔的区域，远离大面积水域，防止信号被遮挡或吸收。另外，点位要利于安全作业、长久保存。在选点和埋标之后，根据安排和计划进行观测，在观测之前要做好观测准备，检验观测仪器，查阅卫星预报表，选择最佳观测时间，根据要求制定工作计划、人员调度表等。在观测时采用静态相对定位模式，要尽量增加多余的观测基线，使GPS网有多余的观测，从而提高GPS观测的精度与可靠性。

3.3 内业数据处理

GPS系统在房屋工程控制测量中的内业数据处理包括基线解算和网平差两个阶段。GPS基线向量是GPS同步观测的直接结果，它表示了测站与测站之间的坐标增量。基线解算一般采用差分观测值，其中双差观测值是较为常用的[4]。基线解算的过程如下：首先解算出未知参数和基线向量的实数解，然后将未知数固定成整数，再进行平差解算，得出基线向量的最终解。基线解算可以得到测站间的基线向量，基线向量只含有位置基准和尺度基准，而要确定GPS网中一点在某一坐标系统下的坐标，还需要方位基准，因此要在该坐标系下引入平差起算数据才能得到。另外，GPS网平差还可以消除一部分误差，使内业数据的处理结果更为准确。

4 结语

在房屋工程控制测量中，GPS系统因为其具有定位精度高、测量时间短、对工作条件的适应性强、操作方便等优点，对建设工期的缩短、成本的降低和灵活设计等都比常规技术有着更积极的作用。目前，GPS技术已基本取代常规的测量手段，在多种控制测量中成为主要的技术手段，并且随着GPS技术的不断发展和完善，它将会应用在更为广阔的领域当中。

[1]周晓愚,叶韬.GPS系统的原理及其在房屋建设测量中的应用[J].价值工程,2010,09：111.

[2]孙蕾.GPS系统在房屋建设测量中的应用[J].河南科技,2013,04：148.

[3]高士波.GPS系统在房屋建设测量中的应用浅析[J].黑龙江科技信息,2010,29：18.

[4]唐庆君.GPS系统在工程测量中的应用[J].产业与科技论坛,2013,12：100-101.