GPS测量技术及其在工程测量中的应用研究

2015-01-10范欣胡锐

建材与装饰 2015年24期

关键词：水准观测卫星

范欣胡锐

（1.中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司 2.益阳东创投资建设有限责任公司）

GPS测量技术及其在工程测量中的应用研究

范欣1胡锐2

（1.中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司 2.益阳东创投资建设有限责任公司）

GPS测量技术因为其独特的优势已经成为了工程测量中非常关键的应用技术，现今GPS测量技术的应用范围越来越广，并且在工程测量中的重要性逐渐增加。为了有效的完善各项工程测量准确性和实用性，在GPS技术的应用上和设置上应该掌握合理的技术方法，从而能够很好的发挥GPS在工程测量中的实际作用，因此本文通过对GPS测量技术进行概述从它的的应用特点和系统组成两个方面进行探讨，从而深入的分析GPS测量技术在工程测量中的实际应用。

GPS测量技术；工程测量；技术应用

GPS的全称为全球定位系统，它最早的产生在美国，是为了满足国家军事部门有效的对海上、陆地以及航空设施等的高精度导航和定位而研制的卫星导航系统。GPS定位系统有其独特的特性，它可以实现对观测目标的全天候和实时的定位，并且也不会受到自然气候的限制，并且其观测的范围可以从广阔的范围精确到很小的区域，因此观测的数据比较准确。它通过为GPS定位系统的应用用户提供精确的三维动态定位来实现导航的目标定位的功能，所以GPS定位系统由于其特有的技术优势和保密的特性，如今在世界的范围内逐渐的发展起来，并且应用的范围也逐渐增加，由其是在大型的工程项目测量中应用更为广泛，为工程测量的数据提供了很好的准确保障，因此为了使工程测量的工作更加准确更有效率，就应该不断的改进GPS测量技术，使GPS定位系统可以得到更好的实施。

1 GPS测量技术概述

近几年因为GPS定位系统的定位数据的精确性高和实时的自动化优势，使世界上越来越多的工程测量研究学者开始对其产生浓厚的研究兴趣。因此GPS定位系统的技术应用得到了进一步的改进，原来GPS基本只有一个工作模式，通过将两台或多台的GPS监测器设置在特定的点上，通过对对同一的卫星进行连续观测（通常为1～2h或更长）来收集观测的数据在进行处理后，给出目标观测点的基线向量。所以成为静态相对定位。今天随着GPS应用技术的不断发展快速静态定位的模式开始得到广泛的运用。从而极大的提高了GPS定位系统的工作效率。该模式可以通过一对GPS测量系统在10km以内的短边上，可以同时阶段后4～5颗卫星数据，因此可以实现对观测目标的实时和全方位的观测。因此通过不断的技术研究GPS定位系统在工程测量的应用将会更加广泛，我们从具体的方面来分析GPS测量技术的应用特点。

1.1 GPS系统的组成

从总体上来看GPS定位系统一共有两个大方面的组成部分，分别是提供GPS定位范围的空间卫星群以及有效实行监控的地面监控系统。同时，除了这两大系统组成部分之外，利用GPS定位系统进行定位的用户还应该持有卫星的接收设备。我们具体的分析来看：①空间卫星群，主要是由24颗GPS的卫星群组成，高度大约可以达到21万km，并且24颗卫星均匀的分布在6个轨道上，各平面之间的交角为60°，卫星在轨道中的运行周期为11h58min。②用户的卫星接受设备，通常包括GPS接收器和处理软件，以及用户的辅助设备，如计算机和气象仪等。并且在工程测量中，随着GPS定位技术的不断发展，GPS接受设备逐渐向便携带的、体积小、重量轻的方向发展。

1.2 GPS在工程测量中的应用原理和优势

GPS是一种新型的观测手段，在国际上得到广泛的应用，在交通运输、军事研究、地质勘探、工程建设等都得到了广泛的运用.在工程测量中，GPS应用的基本原理，就是将两台或者两台以上的GPS接受器分别安置在测量基线的两端，然后同步观测相对应的GPS卫星。然后我们具体的分析GPS测量技术应用的独特优势。

1.2.1 GPS定位的精度较高

GPS定位系统可以实现精细的全方位定位，因此具有非常高的定位精度准确性，这已经成为了工程测量应用人员的普遍共识，所以GPS定位系统的应用技术才会得到广泛的应用，这主要是与它的高度精确性分不开的。通常情况下GPS接收器的基线解精度可以达到5mm+1×10d的负六次D，同时红外仪器的标称为5mm+5×10的负六次D，由此可以看出GPS系统的测量精度和红外仪的测量精度相差不多，并且随着距离的不断加长，GPS的测量数据的精确性将会更加凸显。

1.2.2 GPS定位系统观测的时间较短

当GPS定位系统在工程测量中得到应用时，通常都是运用GPS系统来布设工程的测量网点的方法，来进行测量，在每个布设的测量网点上通常需要观测的时间仅为30～40min左右，所以测量观测所花费的时间较短，同时如果运用快速静态的GPS应用的观测方法，时间将会更加缩短。

1.2.3 GPS测量技术可以实现自动化操作

运用GPS定位系统进行工程测量可以实现实时的自动化，因此操作比较简单，尤其是随着技术手段的不断提升，GPS接收器，更是逐渐向小型化和运用简单化发展，工程的观测人员只需要将观测的天线按对应位置放好，然后量取天线的高度，在打开系统的电源就可以进行自动的观测。因此GPS除了可以定位观测站的平面特性的位置之外还可以向用户提供三维的立体坐标。

2 GPS测量技术及其在工程测量中的应用

2.1 GPS在控制测量网时的方案运用

在运用GPS测量时要有具体的方案设计，并且要逐渐的实现方案设计的优化和实施，要严格的按照方案的计划和要求进行测量，在进行GPS测量时要尽可能的保证视野的开阔，在15的高度角上保证没有过多的障碍物，并且四周不能有电磁的干扰，在进行GPS测量站的建设时，要充分考虑将测量站建设在电磁波反射比较强烈的地点，在静态定位作业时要使用四颗以上的卫星对测量目标区域进行同步的定位，按照时段的周期性特征和时间段的长短来相应的计算载波的结构，并且要根据具体的定位图形来描绘出一个封闭式的多边形结构。这样可以有效的保证控制网的有效实施，提高整个控制网的精确度。具体的GPS控制网图如图1所示。

图1 GPS在工程测量中的定位网图

2.2 GPS在工程测量中的应用要点分析

2.2.1 施工水准点的控制测定

施工的水准点是指每个一段距离所布设的高程布设网点，在GPS定位系统的工程测量技术没有应用以前，工程测量单位通常都采用传统的放线测量的方法来确定水准点的布设区域，但是如果一些工程没有做到去实地考察就容易使工程的测量预算出现不合理的现象，从而使水准点的测量的点距加大。水准点的布设距离加大够就会使测量的数据不能做到更加精确化，从而使测量数据不准确。当运用GPS测量技术时，可以弥补这些误差，通过GPS的接收器来实时的接收卫星传回的数据信号，对水准点的布设进行控制，从而可以不断的协调工程观测的整体进程。例如在公路工程施工的水准点布设时，可以通过GPS定位系统，传达卫星观测的同步照片，对公路的建设路段和地势特点来进行实时的监控，从而可以具体的公路线中每隔200m就可以设置一个施工水准点。

2.2.2 有效的控制测量

运用GPS定位系统进行工程测量工作，一共有两个测量模式：①快速静态定位模式，具体的作业方式是，把GPS设置在每一个流动站上。然后进行静止的观测，然后加收同步卫星的观测数据，然后确定用户站的三维目标，当确定的结果的计算达到一定的稳定值，就能主确定观测的精确值。②动态定位模式，在进行测量时需要先静止观测数分钟，然后流动站就可以按照事先采定的数据来进行自动监测。动态定位的模式的操作更为简单。因此在进行工程测量工作时，应该根据工程监测的具体要求来选择用哪种监测模式。一般在一些测量数据要求较高的工程中，如隧道建设工程、大型桥梁和建筑工程等，通常采用快速静态定位的模式。而动态定位的模式通常用于公路工程的测量中，可以完成公路所处地形的测绘和公路各个侧面的测量。因为公路测量的视野比较宽阔，一般不会有障碍物阻挡视野所以，整个测量不需要通视。

2.2.3 大比例尺的地图绘制

运用GPS定位可以对工程所处区域进行比例尺的测绘工作，通常在工程施工之前，都需要事先测定工程区域的地形图，以此掌握工程施工中可能受到的影响。运用GPS动态测量的方法，可以准确的获取工程的整体概况数据，然后根据收集的数据利用绘图软件进行地形图绘制。具有非常明显的数据采集效率高、速度快、准确性高的特点。