浅析GPS定位技术的特点及在工程中的应用

令紫娟 王中央

摘要：全球定位系统（GPS）弥补了传统测量作业时间长、数据要进行内业处理的缺点，实现了高精度的实时定位测量。实践证明这种方法可被广泛应用于多种测量工程中，而且具有广阔的应用前景。

关键词：GPS;RTK;工程测量;精度;应用

1、GPS测量技术的概述

GPS定位技术的出现与发展，为工程测量技术带来了革命性的变化，从根本上改变了工程测量的工作方式。在测绘领域，随着全站仪的推广普及，传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。近年来，随着GPS测量技术的发展，工程测量的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。现已成功应用于工程测量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。

1.1 GPS构成

GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）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。

2、GPS测量技术的分类

GPS 的定位方法，若按用户接收机天线在测量中所处的状态来分，可分为静态定位和动态定位;

2.1、静态相对定位

静态定位技术指的是，对于静态测量点，使用两台及以上接收器，通过全球卫星定位系统对测量点的位置信息进行处理与计算，最后得到测量点的准确空间信息，是精度最高的作业模式，可达到（ 2-5mm +1ppm ）。主要用于大地测量、控制测量、 变形测量、工程测量。

2.2 动态相对定位技术

动态相对定位技术是指运用GPS技术对于移动物体进行位置、速度、加速度以及时间参数的测定。与静态相对定位技术的区别是，动态相对定位技术需要在测量对象上安装GPS信号收发装置，适用于精度要求不高的碎部测量，精度一般为（ 10-20mm +1ppm ）。

2.3 RTK技术

RTK技术中文全称载波相位差分技术，是目前在我国建设工程领域测量工程中应用最多的GPS相关技术，已经被普遍运用到地图测绘、工程点测设等领域。RTK测量技术的工作原理是在基准站上安置一台GPS接收机，然后利用GPS连续观测可见卫星，然后基准站通过数据链将测得数据和观测站坐标信息传输给流动站。流动站也装有GPS接收机，流动站不但通过GPS接收卫星信号，还通过无线电传输设备接收基准站的信息，然后在系统内组成差分观测值进行实时处理，这样移动站就可以得到更准确的测量数据，最后在移动站上根据相对定位原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度。适用于精度要求不高，测绘范围10km 左右的施工放样及碎部测量，精度可达到（ 10-20mm +1ppm ）。

3、GPS测量技术的特点

从工程测量的实施应用中，我们可以充分看到GPS测量的优越性，充分显示了这一卫星定位技术的高精度和高效益。

3.1 GPS测量技术的优点：

（1）采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强。网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活和方便，不需要高标，可根据实际需要确定点位，同时还可以保证外业施测不受天气影响，可以全天候施工。测设大型（长边）方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。

（2）GPS测量技术精度高、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。

（3）采用GPS方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度。

（4）采用GPS-RTK测设建筑方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度，一个参考站可有多台流动站作业，流动站不需基准站指揮，单人即可独立作业。

（5）GPS观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行测量时，静态相对定位只要20min，动态相对定位只需要几秒。

（6）仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。

3.2 GPS测量技术的缺点：

在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影响，会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差。

GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。

GPS测量成果与常规测量成果之间，不同型号GPS测量成果之间存在差异，有时相差比较大。

4、GPS测量技术在工程测量领域的应用

4.1、用于建立工程中施工控制网

施工控制网建立的主要目的是进行施工放样或竣工测量。施工控制网是工程施工的基准，施工测量工作是其他施工的先导，因此施工控制网的质量直接影响到工程的整体质量。为此，在工程开工以前，应根据工程的规模和要求，对施工控制网的布设方案进行认真的研究，选择合理的测量方法，以确保工程的顺利施工和施工的高质量。利用GPS技术建立施工控制网，在减轻劳动强度、降低控制点间通视的要求以及降低观测中对气象条件的要求等方面都有明显的优势。

4.2 用于水下地形测量

水利工程测量最难的是水下地形测量，水下地形资料的准确性对水利工程建设十分重要。水下地形复杂，人眼又看不见，水上作业条件差，传统的水下地形测量方法大多采用六分仪、三杆分度仪、全站仪配合测深仪，其缺点是精度不高，测量范圈有限，工作量大，人员配置多等。随着GPS、RTK技术在测量中的空前发展，GPS水下地形测量也得到了广泛的应用。采用GPS技术进行水下地形测量的步骤为：将GPS、测深仪和笔记本电脑连接成一起，导航软件对测量船进行定位，并指导测量船在指定测量断面上航行，GPS和测深仪将实时测得数据导人笔记本电脑，由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出.dat文件，再由南方测绘cass7.0地形地籍成图软件绘制水下地形图。全球定位系统能较好地完成大面积水域地形测量，特别是在因气候条件差、常规测量仪器难以完成作业的区域。从近几年测量结果来看，GPS技术在水下地形测量的应用大大提高了测崖的精度，减少了工作量，缩短了工作日，并且输出的数字化水下地形图为今后地理信息系统的建立和管理创造了有利的条件。通过GPS，RTK模式测绘，提高了测量精度，大大减轻了测量人员的内、外业劳动强度。

4.3绘制精确的卫星地图

研究人员曾在新疆米兰遗址操作测量仪器，以绘制米兰遗址的最精確卫星地图。由北京特种工程设计研究总院的一支测绘小组携带世界最先进的测绘仪器进驻新疆米兰遗址，在40多平方公里范围内搜集与其有关的详尽数据信息。在2006年年底前，测绘小组将通过先进的GPS/RTK全球卫星定位系统，最终绘制出米兰遗址的卫星地图，以更好地保护已知的世界最早“带翼天使”的栖身地。绘制出米兰遗址的卫星地图后，中国有关部门将根据地图所示的信息，对米兰遗址展开细致的修缮和保护行动。

5、结语

综上所述，在工程测量领域中，由于GPS定位技术自身独特而强大的功能，充分显示了它在该领域实际测量工作中比常规控制测量具有更大的优越性和适应性，GPS定位技术将在城市建设及工程测量中得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1] 陶歆贵，GPS RTK技术在水利工程测量中的应用【J】，铜业工程，2007，2

[2] 李胜.地质工程测量中RTK的应用技术【J】，中国新技术新产品，2010，（11）

[3] 任建江，李冬梅，严新军.GPS测量技术在水利工程高精度变形监测网中的应用【J】，水利水电技术，2011（02）.

作者简介：

令紫娟，1987，女，汉族，研究生，中级讲师，研究方向：测量工程;

王中央，男，1990.06.汉，陕西西安，本科，工程师

（作者单位：1.甘肃工业职业技术学院;2.中铁第六勘察设计院集团有限公司）