GPS测量技术在工程测量中的实施

马春

亳州市岩土勘测设计院限公司 安徽 亳州 236000

1 GPS定位的基本原理

卫星和接收器之间的距离，正如GPS系统所测量的那样，是通过从卫星向地面发送电磁信号并将其反射回卫星来计算的。电磁波信号被加载了由钡组成的“距离代码”。没有量程代码意味着量程的测量精度不高，不能直接用于某些测量精度高的领域。因此，被测信号成为直接载波，载波有几个优点，最重要的是波长和距离的高精确度。

GPS定位的基本原理是利用空间逆向距离法测量一个固定点的坐标。载波信号从至少四颗卫星上同时传输，从载波信号返回卫星的反射时间计算出当前卫星与被测点之间的距离s=c×t/2，并从卫星的导航数据中获得卫星在某一特定时间的三维坐标，然后可以根据四颗卫星与被测点的距离计算出被测点的位置。

根据测量的类型，GPS定位可分为绝对定位、静态相对定位和动态相对定位：①绝对定位也被称为单点定位。如果直接测量被测点，可以根据卫星信号的接收情况计算距离，可以直接测量被测点的绝对地心坐标。这些信息主要以经度和纬度表示，在技术测量中很少使用。②静态相对定位是指使用两个或两个以上的接收机进行测量，通过差分法获得被测点的坐标。这种方法在技术大地测量中被广泛使用，其特点是精度高，一个点的精度是以毫米计算的。③动态相对定位就是所谓的GPS-RTK调查。首先，需要有一个参考站和一个移动站，这两个站同时接受来自卫星的信号，通过信号传递数据，而移动站的数据是作为移动站的差值和卫星间的差值两个的第二差值来接收。但是运用这种方法比较简单，测量效率比较高，精度低，只能厘米级。

2 GPS测量技术的概述

2.1 GPS测量技术的主要内容

GPS系统是一个用于无线电导航系统的卫星信息处理系统，能够测量距离和时间，由三个主要部分组成。用户设备、卫星星座和地基跟踪系统，与传统的测量技术相比，GPS测量技术的特点是定位精度高，观测时间短，应用范围广，操作简单，可在各种天气条件下连续工作。在数据监测方面，GPS卫星的数量分布良好，其范围也很大。该系统可以在三个维度上定位，监测地面上的任何位置、环境和时间段，更加灵活。无论何时、何地、如何使用GPS测量技术，它都比传统的测量和制图技术有更多的优势，它在工程测量和制图中的实际应用应进一步探索。

2.2 GPS测量技术的主要特点

首先，利用GPS可以实现快速定位，技术测量的定位发生了变化，尤其是实时动态定位，由于移动站在定位前进行了初始化和稳定，监测时间只有几秒钟，这不仅缩短了监测时间，而且提高了效率。其次，GPS定位的精确度相对较高。根据不同的风险，GPS定位技术可以提供毫米级的静态定位和厘米级的动态定位。根据技术经验和实践，使用载波相位监测进行静态定位可以提高定位精度。第三，GPS实现了实时定位；GPS技术用于快速、动态、实时定位，简而言之，用于确定移动目标的三维位置和速度，确保载体沿着预定的轨迹移动，并选择最佳轨迹。最佳弹道。第四，GPS允许在任何时候进行跟踪。众所周知，GPS卫星的数量相当多，而且均匀地分布在世界各地，因此，在任何天气条件下都可以进行跟踪，而且不受雷电的影响。第五，GPS测量技术易于使用。在这个阶段，GPS测量技术的易用性和高度自动化已成为主要优势。之所以有这些特点，是因为GPS测量技术有许多先进的技术，并结合不同的技术来提高整体测量性能。操作员往往只需要在调查期间收集数据，这减少了工作量，提高了效率。

3 GPS测量技术的应用优势

3.1 位置定位精确度高、速度快

以往的工程测量工作中，技术人员需要拿着各种测量工具进行实地测量，一是需要花费较多的时间，二是像桥梁工程、隧道工程等，周边地势较为险峻，容易给技术人员带来安全威胁。

3.2 全天候获取测量数据

对于一些规模较大的工程，前期需要测量和准备的工程数据较多。技术人员在实际开展测量工作时，还必须要考虑到气候条件、地形地貌等因素的影响。例如，在利用测量工具进行实地测量时，如果遇到恶劣天气，不仅会对设备造成损害，而且也难以保证获取数据的准确性。GPS测量技术则可以有效避免外界环境因素对测量工作的影响，全天24小时可以不间断地进行测量作业。技术人员可以随时调去测量数据，以便于为工程设计和施工提供必要的支持，对于加快工程进度、降低作业成本起到了积极作用。

3.3 结果观测方便

如何实现测量数据的快捷处理，是GPS在工程测量应用中的需要考虑的最后一个环节。同时，利用通信卫星获取的目标区域信息，除了包含工程建设所需要的数据外，还涉及许多"无用"的其他数据信息。通过计算机专业软件的筛选和整理，可以将这些对于工程建设无用的数据信息过滤掉，减轻了计算机系统的数据处理压力，从而能够更加快速的得出测量结果。通过对比测量结果也可以发现，利用计算机进行数据整理，还能够有效避免人工数据整理中可能存在的误差，从而提升了测量结果的应用价值。

3.4 应用范围较广

GPS测量技术的主要应用可以分为两部分今天人们生活中最知名的GPS技术是汽车导航系统；GPS导航系统已经成为汽车的标准设备。此外，GPS技术还被用于地球物理学、采矿和建筑领域。环境条件：GPS技术可以被卫星系统准确检测到，因此很少受到天气条件、地形和温度的阻碍[1]。使用GPS技术可以帮助减少恶劣的自然环境造成的障碍，因为工程测绘经常在户外或自然条件极端恶劣的地区进行。

4 工程测量中GPS测量技术的应用

4.1 GPS定位技术

GPS技术是物理学和高等几何学精密结合的结果，它既是测量技术的创新，也是一种有用的应用。目前GPS技术的使用对地基接收器的计算和数据信息系统提出了很高的要求。其中，静态相对定位法主要用于安装在多条基线上的地面接收机，因为它相对容易使用，而且可以连续观测长达40min[2]。在用动态相对定位方法对载体进行相对观测的基础上，有必要选择一个地面站，对不同时间产生的动态信息进行连续的实时观测，并保证控制点的准确性，形成一个确定的散射区。通过这种方式，可以在不同的时间点对动态信息进行连续和实时的监测。对于三维定位，一个GPS接收器必须与至少4颗卫星通信;对于厘米级的实时定位，它必须与至少五颗卫星同时通信。通常情况下，有24至27颗卫星在围绕地球的轨道上运行，其中至少有6颗卫星可以在10°的水平角度上观察到。使用GPS的效率并不高，因为卫星信号很容易被高大的建筑物和山脉阻挡，而接收器的位置也会受到不同程度的阻挡。在这种情况下，测量人员可以将其与常规测量方法结合起来使用。（如图1）

图1 测量人员使用GPS定位

4.2 控制测量

一般来说，在调查开始之前，应该明确是要进行静态还是动态调查。这两种方法都有其优势，在不同的情况下需要不同的调查方法[3]。特别是对于大型建筑，如隧道和桥梁，使用静态测量，而对于要求不高的公共道路，可能使用动态测量，有必要确保控制网络和其精度满足基本要求。在GPS勘测过程中，会获取不同的数据，定位精度可能会有变化，但如果精度符合基本要求，就应该停止勘测。

4.3 大规模测绘

在许多情况下，必须在施工前绘制地形图。当地形图的比例尺不确定时，根据实际情况采用不同的方法进行地形测绘。造成这种现象的原因与传统测量相同，测量方法缓慢而费时，工作量大，因为它可能受到许多因素的影响。在传统测量中，方法慢、时间长、工作量大、结果不准确，严重阻碍了技术测量的正常发展。然而，通过使用GPS测量方法，可以在不同阶段获取数据，沿线移动1～5mm而不浪费时间，获得正确的参数，最后结合所有数据，使用制图软件来制作正确的地形图。

4.4 施工水准点的测定

施工水准点在建筑工程中起着重要的作用，传统的测量方式有很大的误差，我们通常把水准仪定在100～500m。利用GPS测量技术，可以更准确地设置水准点，因为GPS接收站分析了卫星发送的数据，准确地计算了水准点之间的距离。每隔200m，就可以准确地设置水平标记，以帮助施工项目智能地进行，避免未来的错误。

4.5 工程测量观测时间的测定

GPS测量技术主要是运用卫星进行定位，使其在空间内形成一定的图形，然后根据尺寸比例进行公式计算[4]。观测人员在进行实际数据读取时还应注意大气折射的影响，在综合考虑个方面因素后计算得出较为准确的工程测量值。

4.6 虚拟现实测绘

GPS虽然能够获取较为直观和准确的目标地理信息，但是这些信息仅仅局限于地表，对于水下、地下以及茂密植被覆盖下的地理信息，则不能准确获取。因此，部分细节性的地理信息，仍然需要通过实地测量获取。但是像水利工程、隧道工程，其施工现场往往在山区等地势险要的位置，既不便于测量设备展开作业，又会给测量人员安全带来较大的威胁。针对此类问题，则可以利用GPS的虚拟现实测绘功能，通过对比目标区域周边的地质、环境信息，对待测目标进行虚拟绘制，得出相对准确的地理信息。

4.7 土地动态监测

在城市发展和空间规划的过程中，跟踪土地动态是至关重要的。它通过从自然和社会角度审查一个地区的土地利用状况，为后续的土地利用规划提供了一个参考点。土地动态监测可以利用GPS测量技术提供更详细的数据。例如，就公共交通而言，在制定最明智、最合理的交通规划之前，必须深入了解沿线居民的生活需求和农业用地的实际分布。在这种情况下，可以利用GPS测量技术，在短时间内收集规划区的所有土地资源信息，并建立一个三维地图模型。然后，测量人员可以通过三维模拟地图和收集的测量数据，直观地了解规划区的实际情况。

4.8 城市发展中的实施

在城市建设过程中，利用GPS技术可以保证城市控制网的整体精度在合理范围内，同时相关区域和特定频率标准相对较高。然而，在施工过程中，城市控制网络经常暴露在各种因素之下，这些因素会造成严重的损坏，甚至导致网络故障。因此，城市控制网应重点加强监测和建设，不断提高控制点的实际精度。使用GPS技术可以确保城市规划的准确性，并且可以清楚地报告实际覆盖情况。

5 结束语

总之，土木工程项目的数量在增加，土木工程的范围也在扩大。特别是一些技术问题和复杂的项目，如大型桥梁和隧道，都得到了解决。在土木工程项目的实施中，应进行工程测量，其作为一种先进的测量技术，GPS测量技术具有操作简单、精度高、不受时间和空间限制、适应性强等优点，因此在工程测量中得到了广泛的应用。GPS自动测量技术的应用，降低了人力、物力成本，提高了测量效率，改善了测量质量，值得在工程测量中推广和使用。同时，随着技术的不断完善，GPS技术将与信息和计算机技术深度融合，更好地发挥GPS技术的作用，更好地管理项目建设。