GPS测量技术及其在工程测量中的应用分析

吴康炜

（贵州东南航电开发投资有限公司，贵州 凯里 556000）

工程测量工作是开展工程建设工作的基础，决定了施工方式、工程设计的合理性。在计算机、通信技术、定位技术逐渐完善的背景下，GPS技术开始被广泛应用在工程测量中，并且发挥着十分重要的作用。GPS技术会利用人造卫星、观测站的相互作用，进行完成的观测网建设，可以精准获得测量数据，给工程项目建设提供有效的参考数据和信息支持，可以帮助工程进行项目设计方案的优化，以及获得工程建设区域内的地形信息，减少项目建设的风险，提升工程的质量。

1 GPS技术在工程测量中的应用优势

1.1 测量速度快

近年来，工程建设规模在逐渐增大，让很多工程都具有工期紧、任务重的特点，使得快速进行工程测量工作成为工程建设中的刚需。传统的测量方法可能需要花费大量时间进行数据采集和处理，需要进行繁重的数据修正工作，很难满足目前对测量工作的效率要求。使用GPS技术可以同时接收多颗卫星信号，可实现多点同时定位，从而显著提高了测量速度。由于GPS技术能够获取卫星载波为基础的实时坐标，能够短时间内获得信息。

1.2 定位精度高

GPS设备通过接收卫星信号并计算其位置，能够实现高精度的定位。由于GPS卫星的覆盖范围很广，并且目前北斗等系统都拥有多颗卫星，所以在测量工作中可以实现多颗卫星同时负责测量工作，通过接收多颗卫星传输的信号，能够保证测绘的精度。不同的卫星也可以进行误差修正，目前GPS测绘技术平均误差已经达到厘米级别，能保证建设人员准确知晓位置信息，方便开展建筑物的放样和定位、道路的测量等工作，确保工程设计和施工的准确性。

1.3 操作简单

相比传统的测量设备，GPS设备的操作更加简单直观，方便人员进行日常使用。目前，很多GPS测量技术都具备较高的自动化水平和智能化水平，进行了十分严格的人机交互设计，工作人员可以根据需求进行调整。进行静态测量时，测量人员只需在合适的位置放置接收器，然后进行简单的设备启动和参数设置，就可以自动化完成测量工作。测量完成后，远程关闭按钮，系统会自动进行数据的整理和保存。当前技术人员可以通过坐标的计算和设置，实现对现场的快速定位，而且可以全天候开展测量工作。这种简便的操作流程降低了对测量人员的专业要求，降低了测量人员的工作难度，并且有效提升的测量测绘工作的效率。

1.4 观测点之间无须通视

传统测量方法通常要求观测点、控制点之间有良好的通视条件，才能确保测量的准确性，以及保证测量工作的进行。如果出现地面起伏较大、存在建筑物、树木等遮挡物，则测量工作会变得十分烦琐。使用GPS技术不受通视限制，其参照点是卫星，而且卫星信号能够穿过各种遮挡物，因此要考虑现场通视状况，就可以实现对难以直接测量的区域的定位，提升工程测量的灵活性、适用性和适用性。

2 工程测量主要GPS测量技术

2.1 GPS静态测量

GPS静态测量是一种适用于对位置精度要求较高的工程测量方法，GPS接收器会在观测点上静止一段时间，有效接收来自卫星的信号，提高定位精度。GPS静态测量的优势在于其较高的精度和相对较长的观测时间，能够满足对位置精度有严格要求的工程任务，但是该方法所消耗的时间比较长，不适合时间比较紧张的测绘项目。常用的静态测量技术包括绝对定位和相对定位两种方式。

（1）静态测量类型。①绝对定位。该技术使用卫星和观测站之间的距离作为观测基础，使用已知的瞬时坐标来确定观测站位置，实现测量学中的空间后方交会。由于卫星钟和接收机并不能保持严格的同步，由于相对论效应，所获得的卫星钟和接收机钟的测量结果被称为伪距。通过使用航电文的参数进行修正，但是接收机钟的差值则很难确定。所以，在实际修正工作中，会将接收机钟的误差视为未知数，进行观测站坐标的求解。目前，绝对定位测量时，需要使用至少4颗卫星，通过求解观测站三维坐标分量和接收机钟的4个未知参数，获得相对准确的结果。使用该方法能够获得充分的多余观测量，从而能够提升定位的精度。如果单点点位没有观测站的同步数据比较，就很难实现对误差的控制，而且由于大气遮光、卫星钟差等因素很难通过线性组合修正，将会限制绝对定位的精度。②静态相对定位。静态相对定位会使用多台GPS接收机在不同观测站位置进行观测，保证各个接收机的位置固定，进行相同GPS卫星的同步观测，确定各观测站在WCS-84坐标系中的相对位置。通过多个观测站进行同步卫星的观测，卫星的轨道误差、接收钟差、电离折射误差等都具有一定的相关性。利用观测值的不同组合进行定位，能够削弱误差的影响，有效提升定位的精度。目前，该方法也是GPS定位中精度较高的一种。

（2）静态GPS测量技术应用要点。静态GPS测量技术应用中，需要合理建立工程控制网，通过其他测量方法获得附和导线的测量。控制网一般使用涵盖三角、导线测量的方式进行测量，保证能够对控制网点进行提前布设，以及满足国家对高等级控制网点的要求。次级控制网点布设时需要进行加密，并且使用全站仪和棱镜等完成。要保证对外业作业的掌握，保证测量结果的精度。进入GPS静态相对定位测量后，就不需要考虑各点之间的通视问题。

2.2 RTK测量

（1）RTK测量原理。RTK全称是实时运动定位测量，利用GPS载波相位观测值（如图1所示），进行实时动态相对定位的技术，具有实时、高精度的特点。测绘时，需要利用两个观测站的载波相位信息，通过在基准站和移动站之间传递观测数据，RTK技术可以在几秒钟内提供高精度的位置信息。测量过程中，由基准站通过数据链将载波观测值和基准站坐标信息传给用户，用户可以接收GPS卫星的载波相位信息，并进行相位差观测。这种方法适用于需要实时位置数据的工程任务，例如，土建施工、航测测量等。但是，由于对基准站的依赖，其适用范围可能受到基准站布设位置的限制。

图1 RTK技术原理

（2）RTK测量要点。①测量放样。RTK测量工作中，需要合理利用移动站进行测量放样工作，工程测量可以在移动站的作用下，使用驱动接收设备进行放样测量。测量初期，可以获得接收机初始化完成的信息，然后会提供区域内的垂直精度、水平精度等参数。在进行正式放样之前，需要将DTM、点位、曲线、道路放样等数据导入测量设备，之后启动测量图表，选择RTK放样选项。在放样的过程中，RTK能够显示放样的位置、水平距离、观测值等信息，如果发现有放样点、移动站距离太小的情况，可以采用RTK控制器进行实测。②控制测量。使用RTK测量技术能够在20km范围内获得3cm的测量精度，可以较好地满足工程测量的需求。进行桥梁工程放桩测量时，RTK能够检核基准站5km范围内的4个GPS控制点，对高程的控制误差为5cm。

3 GPS测量技术在工程测量中的应用措施

3.1 定位信息采集和处理

在采集定位信息时，利用不同数据综合分析进行定位，能够获得比较准确的测量结果，使用GPS技术时，就可以利用多模态数据融合的方法提高定位的准确性。在定位时，除了GPS卫星信号，也可以使用传感器提供的数据，比如，利用惯性导航、地面测站等，融合这些数据后，可以进一步减少不同环境和天气条件对测量精度的影响，从而获得更加可靠和准确的位置信息。

3.2 精确工程施工地点

在工程施工中，往往需要进行大范围的数据测量工作。如果使用传统测量技术，进行大范围测量时可能会出现失误，导致测量结果存在缺陷。使用GPS测量技术可以提供高精度的地理坐标，帮助实现精确的工程施工地点，准确定位工程施工地点，不仅能保证工程建设的顺利进行，也能确保施工的质量和安全。

（1）地形和地貌分析。通过GPS测量获取的地理坐标数据可以与地形和地貌数据进行分析，为工程施工提供合理的地点选择。在拥有复杂地形的地区，使用GPS技术可以更好地理解地形特征，通过综合使用卫星同步图，能够对当地的情况进行比较全面地分析，了解当地的地貌，有助于选择最优的工程施工地点。

（2）工程设计与GPS协同。在进行工程设计时，需要精确确定施工地点，通过将GPS测量技术与工程设计结合，能实现工程施工地点的更加精确地规划。GPS测量技术获得的信息能够获得当地的地形图，通过GPS测绘系统和数字化设计软件的协同，设计人员可以利用当地的地形模型展开设计，在施工前期就考虑到地理信息，确保工程设计更贴合现场的实际情况。

3.3 强化项目的整体监控

在工程施工建设中，也可以使用GPS技术进行测量，实现对工程整体状况的监控。比如，可以进行变形监控、动态定位等工作，还可以利用GPS技术建立工程控制网，实现对工程不同环节的监测和控制。通过在建筑物等结构中安装GPS信号接收器，就能够进行工程项目变形情况的监测，并且完成对工程横断面、纵断面的监测控制工作。

4 GPS测量技术在工程中的具体应用

4.1 城市测绘中的应用

目前，很多城市都开展了高层建筑的建设，城市的绿化水平也逐渐提升，建筑、树木等都会影响开展测绘工作的通视条件，导致传统测绘技术应用巨大限制。为了继续推动我国的城市化进程，推动发展，就需要使用GPS技术进行测绘工作，为城市建设提供精确有效的数据信息，方便开展城市建设项目的规划。

我国城市建设环境比较复杂，城市中存在很多，使用传统方法测绘时，需要确定控制网和可控制点，而且要保证各个点之间保持通视，所以采用传统测量方法会消耗较多的人力和物力，也会影响测量精度。使用GPS技术能够直接使用卫星信号，不会受到通视情况的限制，可以保证测绘效率，也能减少投入。而且使用GPS技术也能在短时间内就进行大量数据的采集，通过融合RTK技术，可以提升工程测绘的速度。

4.2 水下地形测绘

水下地形的测绘对于水域工程、海洋勘测等具有重要意义，使用GPS技术能够让水下地形的测绘变得更为精准和高效。在使用GPS技术进行水下地形测绘，需要建立水下定位系统，确保在水下环境也能获得位置信息，通过综合使用声呐、激光测距等技术的水下定位系统能够测量水下物体的位置坐标，实现对水下地形的高精度测绘。

5 结语

使用GPS测绘技术相比传统测绘技术拥有更高的测绘效率和精度，操作也相对简单，不会受到通视条件等因素的限制，因此具有较好的测量效果。测量人员需要充分了解静态测量、RTK等GPS测量技术的使用方法，加强测量精度的控制和优化，针对不同类型的测量工作合理使用对应的测量技术，满足当前对工程测量精度、测量效率的需求，提升工程测量的整体效益。