浅谈GPS技术及其在工程测量中的应用

赵磊

【摘要】随着GPS技术的逐渐完善，其应用的范围越来越宽广，在电子行业、交通行业等重要领域都发挥着不可代替作用。同时GPS技术在工程测量中的地位也是举足轻重的，由于其自身的精确度高、观测时间短等优点，成为工程建设中不可缺少的一项关键技术，为工程测量实现数字化、现代化奠定了基础。

【关键词】GPS；工程测量；应用；发展趋势

一、GPS的构成分析

1、空间组成构成

GPS的空间组成是由24颗工作卫星所组成，这些卫星共同构成了GPS的空间系统。这24颗工作卫星中有3颗是作为活动的备用卫星，其余21颗卫星是可以用于定位和导航的卫星。在空间中24颗工作卫星绕地球運行，最大限度的实现了对于地球各个位置的全覆盖，卫星在工作的工程中都会发出定位和导航的GPS信号，用户正是利用这些信号来开展导航以及定位等相关工作的。

2、地面控制构成

GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个检测站组成。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、用户设备

GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备等组成。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。

二、GPS技术的优点

与传统的测量方法相比，GPS测量技术拥有众多优势。首先是全天候性，这种测量技术无论是在任何时间、任何地点都可以进行，它不受地理环境以及气候环境的制约，能够在众多领域广泛地应用；例如在深海石油勘探、汽车导航、罪犯追踪等方面都可以发挥其重要作用，同时在我国的工程控制网的建设以及完善过程中，GPS测量技术起到关键作用。其次是它的精确性，GPS技术能够准确的定位到三维空间，并且能够在最短的时间内得到有用的数据信息，对每个测站之间的地形没有过多要求，只要保证测站上空有足够宽阔的空间，使传递信号不受干扰，就能够正常运行。最后其操作简单，只需要技术人员将天线调试到合适的位置就能够自动进行观测和数据处理，求出观测目标的三维地理坐标。

三、GPS 在工程测量中的应用

1、带RTK的碎部测量与放样

RTK技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由两部分组成：基准站（坐标已知）和移动站（用户接收机）。其基本原理是：将基准站采集的载波相位发送给用户，用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术可应用于测绘地形图、地籍图，测绘房地产的界址点，平面位置的施工放样等。采用RTK技术测图时仅需一人进行。将GPS 接收机放在待定的特征点上1、2 秒钟，同时输入该特征点的编码即可。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机，由专业成图软件、在人工适当的干预下，形成所要的成果图。采用RTK技术进行放样，标定界标点，是坐标的直接标定，不像常规放样那样，需要后视方向、用解析法标定，因而简捷易行。

2、区域差分网下的碎部测量与放样

区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样，是基于区域GPS差分网进行的。区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似，不同的是区域差分的基准站往往多于1个，多基准站组成基准，基准网提供各个基准站的差分信息，用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权，按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。

3、变形监测

变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸大，监测环境复杂，监测技术要求高。常规的监测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉降；应用三角测量（或角度交会）的方法，监测地基的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。

4、建立工程控制网

整个工程管理、日常维护和建设的基础工作是工程控制网，其具有覆盖面积较小、精度要求高、点位密度大等特点。常规的方法最常见的就是采用边角网，而通过GPS 技术建立的工程控制网，具有很大的优势，如在点位选择上较灵活、定位精度高、费用低、作业效率高等等。其还可以应用于建立煤矿施工、变形监测和工程首级控制网等。载波相位静态差分技术是利用GPS 技术建立工程控制网时最常用的，其具有使精度达到毫米级的作用。由于工程一般具有横向很窄、纵向很长的特点，利用传统三角锁导线方法，误差累计较大。而利用具有测点之间无须通视特点的GPS 技术，铺设GPS点较长，可以使长距离线路坐标控制的一致性得到有效的保持。

四、工程测量技术的发展趋势

1、随着科学技术的发展，工程测量的数据收集已不再局限于一维和二维，根据新的系统将提供三维甚至四维的方向发展，并从传统的现场交互式测量形式转变为远程控制式测量形式。同时，测量作业平台也将会根据施工现场的特殊性要求将从固定的地面转变为车载、机载甚至卫星控制等，逐步从静态转变为动态，在很大程度上提高工程测量的灵活性。大型复杂结构的建筑物，设备，几何重建和质量控制的三维测量，以及现代工业生产过程自动化，过程控制，产品质量检测和监控数据和定位要求，精度要求越来越高，将推动三维测量技术工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量。

2、工程测量技术将会打破传统的宏观测量领域，实现进一步的宏观方向和微观世界两个极端的发展，并对测量精度要求越来越高。在宏观测量技术方面，工程建设将具有更大的难度及规模，能更好地满足大型施工建设工程的测量要求，精度要求也更为提升；在微观测量技术方面，借助于先进的计算机技术，将向微型计量方向发展，跨入微观领域，测量的尺度维度大大缩小，将发展出微型显微测量及图像处理技术。地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。

3、在传统的工程测量中，测量的数据分析往往是通过偏重基本的网的坐标运算、平差计算、几何形式计算，这种运算方法效率低，精度也满足不了现代测量的技术要求。随着测量技术的发展，将会逐步转型为高密度高精度的空间点处理、“点云”擞据分析、可视化处理、“逆向工程”、被测实物的三维空间坐标重建和设计模型的对比分析，测绘数据同各种理论数据库实现完美对接。

五、结语

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。在适应性方面，GPS技术测设方格网优于常规的测量方式，这是因为GPS技术测设方格网的网形构造较为简单，可灵活选取点的疏密和边长短。即使在离已知控制点较远的情况下，也可进行连接，并控制网的定位和定向。然而，在实际的应用过程中，此技术还突显出很多的问题，此技术还需要研究人员进一步研究、完善。

【参考文献】

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[3]胡娟娟，李宏波，王迪.论GPS在工程测量工作中的应用[J].公路交通科技（应用技术版）.2012（04）.