GPS技术在工程测量中的应用

曹阳

摘要：GPS在工程测量中运用广泛。本文对GPS技术进行了介绍，分析了GPS技术应用于测绘的原理，提出GPS的应用实例，指出了笔者的一些看法和建议。

关键词：GPS技术；工程测量；基准点

1 GPS技术概述

GPS技术用于工程测量最基本的原理是利用测距交会定点的相关知识进行测量。假设在待测点放置接收机，它在某时同时观察到了至少三颗卫星的信号，这三颗卫星分别是A，B，C，通过对数据的转换和处理得到接收机的天线中心到达三颗卫星的距离L1，L2，L3，三颗卫星当时的坐标（Xi，Yi，Zi），i=l，2，3。这样根据简单的方程计算公式就可以得到待测点的坐标（X，Y，Z）。最初GPS的工作模式只是简单的相对定位，即放置两台或者更多接收机在待定点上，同步连续观测相同的一组群卫星一小时以上，通过对数据的处理和卫星星历的帮助，可以得到待测点间的基线向量，从而取得基线精度5mm+1×10-6D，使用双频接收机或者10mm+2×10-6D，使用单频接收机。后来随着GPS定位测量技术在应用中的不断完善，出现了诸如静态快速定位，动态RTK定位，也被称为GPS全站仪等新方法。

新出现的GPS RTK技术的原理是将基准站将所在的坐标，接收的卫星信号，实时载波相位观测值等信息发送给流动站，流动站根据基准站的信息和卫星信号，通过载波相位的分析得自身和基准站的基线向量，流动站的各个点坐标，再将这些信息转化为高程等有用信息。一般进行GPS工程测量需要准备的设备简单，基准站部分需要有GPS接收机，一些计算软件和发射电台，流动站部分需要GPS接收机，计算软件，接收电台，对中杆和电子操作手簿。

2 GPS测量的应用

2.1静态快速定位

这种情况下GPS接收机在流动站上静止的观测，在接收卫星的数据同时接收基准站的同步观测数据，通过计算软件实时得到自己站点的三维坐标，整周未知数，如果实时结果逐渐变得稳定，精度满足测量设计要求就可以结束观测。如果采用常规的测量方法，在野外等自然条件不好的地方会受到比较大的影响，但是GPS快速静态测量却可以改变这个现状。一对GPS双频测量系统在短边，短是指长度在十千米以，只需要五分钟左右就能正常接收四到五颗卫星的數据，得到5～10ram+1×10—6D的基线精度，这样的精度与静态定位一两个小时的结果相似。在实际的测量工作，尤其是工程控制网测量的过程中，GPS技术完全可以胜任控制点加密的工作。控制网测量中要先建立控制点，加密控制点。加密控制点这个过程用全站仪实施时必须要通视，而且测量的精度和结果不能及时的传递给外业。使用静态GPS相对定位测量就可以避免了通视这个难题，而且用时短精度高，通过与其他的测量方法配合还可以测量加密之后的复合导线。

2.2动态RTK GPS定位

此种方法下，在进行测量前流动站需要首先静止观测一段时间，完成初始化。初始化后解的类型从浮点解变成了固定解，精度是厘米级，流动站就可以按照之前定好的采样间隔实时自动观测，同时接受基准站的观测数据从而确定控制点的三维位置，在这个过程中要注意高程值，如果有变化较大，则可能是初始化丢失。这种定位方法精度较高，在工程测量过程中发挥了深远的作用，不仅可以用地形图测绘，还可以用于普通方法难以完成的横断面，纵断面测量。在放样的过程中，需要用棱镜或者全站仪在放样点与测站点通视，把设计图上的高程和设计坐标在实际中标出。但是在实际测量中，控制点不一定在放样点附近，这就需要引点，加大了工作量。RTK技术很好的解决了这个问题，因为只要把设计图上的坐标输入到电子操作手簿中，就能根据GPS接收器的显示找到放样点，节约了时间和人力。RTK技术的精度高，放样点的误差之间不会累计不互相影响，因此能够保障工程测量的质量。

在地形测图中，RTK也以其较高的精度发挥了重要作用。所谓地形测图，就是利用全站仪收集地貌碎部点和地形信息，通过软件制成图，这个过程也需要测站点与地物碎部点通视。RTK动态测量只需一个人设立基准站，一个人带着仪器到地物碎步点插稳对中杆，通过输入特征编码记录信息。在精度合格的条件下，测定地形，地物后将电子手簿中的数据传人电脑，由软件制图，快捷简单。

3 GPS技术应用过程中的要点

3.1基准站的选择

在使用RTK的过程中，首先需要得到基准站坐标，这个过程中可以采用多个多个已知定位点的方法，通常情况下会用两个已知定位点。基准站一般放置在测量条件好的位置上，通过流动站测出已知点的坐标，之后通过后方交会的方法，就得到了基准站坐标。如果要放样公路边线，还需要再进行计算和定向。

3.2测站点的选择

在进行控制测量的过程中，测站点应该选择开阔的地方，旁边没有高角度大于十度的障碍物，这样GPS才能顺利的接收到卫星信号。另外应该远其他电磁波的干扰，在测站点二百米的范围内不能有高压电线或者无线电发射器。对于反射GPS信号的物体，比如建筑，水域等也应避免，以减少因为多路径效应造成的误差。所以，测站点所处的位置，10°到15°的高角度以上不要有很多的障碍物。

3.3基线解算问题

当基线起点坐标不准确时，为了保证基线解算的质量，可以长时间的单点定位来获得准确的起点坐标，也可以在解算时将所有的基线起点坐标用一个坐标衍生，最后在平差处理中引人参数解决。如果有的卫星周跳多，观测时间短，或者由于多路径效应的影响，可以删除相应卫星数据。

3.4 GPS网平面基点

将定位成果转换坐标的过程中，需要用到既有GPS点的联测，而且联测的点数不能少于三个。如果这些点出现误差，GPS的定位成果也会产生错误，所以一定要在测量前对GPS网基准点进行选择。

4结语

GPS技术应用在工程测绘中有很多的优点。GPS工程测量中效率高，这减轻了外业的工作强度，精度较高，还能够得到观测点的高程和三维坐标，简化了后期数据处理工作，使用方便。随着社会的进步，相信GPS技术将会得到更多的改进，也受到更多测绘人员的青睐。