浅谈工程测量中GPS技术的应用

焦体超　雷芳芳

摘要：文章概述了GPS定位系统的构成及其工作原理，介绍了工程建设施工控制网的建立、施工放样、竣工验收以及水利工程水下地形测量过程中GPS技术的应用，探讨了各阶段GPS技术应用的注意事项及其优点，希望以此给予相关人员以有意义的借鉴。

关键词：工程测量；GPS技术；GPS定位系统；测量精度；施工控制网 文献标识码：A

中图分类号：TU198 文章编号：1009-2374（2015）17-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.025

1 GPS定位系统及其工作原理简述

GPS全球定位系统由空间卫星、地面监控站和GPS用户设备三部分组成。空间卫星由21颗在轨运作卫星和3颗备用卫星组成；地面监控站由分布于全球的1个主控站、5个监测站和3个注入站组成；GPS用户设备则由GPS接收机、终端设备和数据处理软件等组成。GPS接收机接受卫星的传输信号，并对信号进行交换、放大和处理，解算出接收机中心的三维坐标。

2 GPS技术在建立施工控制网阶段的应用

2.1 选点和埋石

施工控制网的选点和埋石，首先要了解施工区域的地质情况，点位的布设要尽可能选在地势稳固的区域。同时，要对建筑物的相对精度关系以及重要程度进行分析，重要建筑物或建筑物密集区域要多布设控制点，避免出现小于30°和大于120°的角度，确保施工控制网的图形强度。采用GPS技术设立施工控制网时，要避免在铁塔、高压天线等位置选点，并要保证周围天空

开阔。

高层建筑的施工放样，要根据其高度合理选择控制网点。控制点过远，简化了放样操作难度，却影响了放样精度；控制点过近，增加了放样的仰角，不仅放样操作困难，而且还影响到放样的精度。所以，在选取控制网点时，要充分考虑工程的整体条件，包括工程的地质环境、施工的整体布局和流程、控制网的测量方法、施工对控制点的破坏等因素影响。

2.2 选取坐标系

施工控制网的坐标系要与施工设计选取的坐标系相同，同时，为了降低局部施工控制网的变形率，局部施工控制网还要建立独立的坐标系。独立坐标系施工控制网要以稳固的控制点为坐标原点，该点的连线方位角为起算方位角，原坐标值为起算坐标，其顶面的平均高程为坐标的基准面，以此点为基础所观测的边长都要投影至该面上。

2.3 选取投影面

在施工控制网投影面确定前，要首先确定工程设计的投影面。一般在平面图上进行工程设计时，不会对地球的曲率因素加以考虑，这对普通项目工程不会产生较大影响，但是对于大范围、长距离的工程项目的影响就非常大。所以，在平差此类工程的施工控制网前，设计部门要首先确定设计长度的高程面。

2.4 施工控制网维护

建立施工控制网前，要在控制点的周围设置钢管围栏和警示标志，并定期对施工控制网进行复测，确保施工测量的精度。施工控制网的复测要结合实际情况相应修改原有控制网的网形，并适当增减控制点，同时要对控制点的稳定性进行分析和检查，以稳固的控制点为已知点进行计算，从而确保原有坐标系未发生改变。

3 GPS技术在施工放样阶段的应用

3.1 GPS-RTK测量技术的特点

相对于传统的工程测量方法和GPS的常规测量而言，GPS-RTK载波相位动态实时差分技术的定位精度更高。RTK测量的标称精度高程可达2cm+1ppm，平面可达1cm+1ppm；在测量效率方面，RTK测量三维坐标的速度更快，2秒内便可提供测设点的三维坐标；RTK测量技术的自动化程度较高，测量半径可达15km，测量人员只需将基准站架设好，再进行流动站工作，其余作业将自动完成，极大地提高了测量效率；各个测点之间为独立观测且不需要通视，无需野外作业，也不会出现累计误差的现象，测量结果数字化，结果精确。

GPS-RTK测量技术在建筑工程的应用，不仅解决了传统工程测量工作的困难，还有效地提高了测量工作的效率，从而为工程的质量提供了保障。

3.2 GPS-RTK测量技术的施工放样程序

采用GPS-RTK测量技术进行施工放样时，为了获取精确且完整的测量数据，要结合天气情况选择最佳的观测时间段。对于空间卫星的分布状况，可根据Planning软件提供的多项预测指标，合理的安排测量任务。

施工放样的具体步骤为：设置基准站→设置流动站→RTK放样→内业处理。在野外进行测量作业时，可以将基准站设置在预选的控制点处，也可以将控制点设置于未知点后再进行校正。校正的参数包括电台通道、仪器高、坐标系等；流动站的设置主要包括两种方法，其一是输入七参数或四参数后再进行转换，其二是在已知的控制点进行观测，再对测得的参数进行求解并校正。这两种设置方法都是在基准站没有发生位置变化，利用单点和先前测量数据校正再进行坐标的转换，无需再重新到控制点进行坐标转换；在进行RTK放样前，要确定所选频率与基准站的电台频率相匹配，并检查电台接收指示灯，确定接受的卫星数量大于4颗。

4 GPS技术在竣工阶段的应用

在建筑工程竣工阶段，传统的测量方法是在控制网点布设完成后，通过测距仪或经纬仪等设备测量，其要求各测量点间必须通视。其在外业测量过程中，操作难度大，测量精度不精确，且无法获得实时测量结果。建筑工程在竣工测量阶段，通常对时间的要求都比较紧迫，且测绘内容要比普通的测图更加详细，所以此阶段采用GPS测量技术不仅满足了时间上的要求，也解决了实时掌握定位测量结果的难度。

5 GPS技术在水利工程中的应用

水下地形数据的准确性对水利工程的施工有着十分重要的影响，传统的水下测量方法是采用全站仪、三杆分度仪、六分仪与测深仪配合测量。但是，由于水下的地形比较复杂，肉眼又无法看清，施测作业难度大等条件所限，导致其测量的范围有限、精度较低，给工程的施工带来困难，影响施工效率。

GPS-RTK测量技术可以在气候条件差、传统测量方法无法施测的情况下，对大面积的水下地形进行测量，并确定准确的测量数据。在最近几年新建的水利工程中，GPS-RTK测量技术都得到了完美的应用，其施测所取得的数据，在经过内业处理后，输出的数字化的水下地形图为水利工程的施工带来了很大的便利，不仅在测量精度上有了提高，而且在人力、物力和财力消耗方面也有了很大的变化。

6 结语

随着科技以及建筑事业的快速发展，传统的工程测量技术在测量精度、操作难度等方面已无法彻底满足现代工程建设的需求。而GPS定位系统的研发与应用则在本质上改变了这一状态，也将工程建设的测绘精度提升了一个新的层次。为此，本文对工程测量中GPS技术的应用进行论述，希望能引起从业人员以足够的重视，积极推进这一先进技术在工程建设过程中的应用，为我国建筑行业的快速发展做出贡献。

参考文献

[1] 王军.城市GPS地面变形监测网的精度研究[J].测绘通报，2004，（7）.

[2] 徐绍铨，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

作者简介：焦体超（1984-），男，辽宁沈阳人，中冶沈勘工程技术有限公司工程师，研究方向：工程测量技术；雷芳芳（1989-），女，辽宁沈阳人，辽宁华元工程造价咨询公司助理工程师，研究方向：工程测量技术。

（责任编辑：陈 倩）