GPS在工程测量中的应用探究

柳丽芳

（浙江省云和县天一城乡建设测绘队，浙江 云和 323600）

从上世纪中叶开始，全球定位系统（GPS）从最初的简单技术，发展至高精度的测绘手段，历经的无数次技术变更。我国一直以来，用常规的传统技术手段来实现工程的测量，比如用水准仪、全站仪以及测距器来定位工程的控制网，随着科学技术的进步以及工程测量的发展，高精度、高效率的GPS测量技术正逐步取代传统的测量工具，工程测量技术正处于变革性发展时期。

1 GPS概述

众所周知，GPS定位系统分为三个部分:空间卫星部分、地面控制部分和用户，其系统服务的空间从早期的导航延伸到工程测绘中来，GPS定位系统直接导致了工程测量技术的变革。早在上世纪80年代，我国开始全面进行GPS接收机的研究工作，随着全球航天技术的发展，进入地球轨道的人造卫星日益增多，使得GPS接收机日益普遍，GPS的应用获得了强有力的推动。

1.1 空间卫星部分

GPS空间部分是与卫星联系着的。一共24颗卫星，具备许多个不同的轨道平面，在这些轨道上，各分布着三到四颗，在不同轨道间，其轨道平面夹角为60°，并和赤道面呈55°倾角，各轨道距地球距离约为2万千米。如此形式的卫星分部，有利于时时刻刻使4颗以上的卫星均能探测地球任意方位的控制点。

1.2 地面监控部分

相对空间卫星部分而言，地面控制才是GPS的核心，它基本包括主控站、注入站以及监测站三个结构。地面监控部分的首要任务是维护GPS整体运行状况，合理调控系统工作要素，用于监测各观察数据以及计算卫星时间，监控卫星各种误差并予以修正。其修正数据和准确的定位效果，合成数字信息，传入卫星相关设备，基于原子钟系统，高度维护着GPS工作状态。

1.3 用户

所谓用户是相对GPS系统而言，指的是一个服务整体，即接收机的授时和定位等服务，简单而言就是接收机。因此，主机、电源以及天线，构成用户的主题部分。作为用户核心，当然是主机，其主要任务是在设定的程序下进行最优卫星定位、定位信息的收集、整理、输送和存储，承担着整个设备的检查工作，并对相关故障进行排除，即全自动管理整个设备。GPS信号接收机监测到需要跟踪的卫星信号后，通过内部构造计算出卫星与天线单元间的距离，及距离随时间的变化情况，然后由机内软件确定卫星轨道参数等导航数据。最后由计算机系统根据所得导航数据计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等相关信息。

2 GPS在工程测量中的应用

全球定位系统(GPS)在当前已经广泛应用于我国工程测量领域中，特别是在野外作业，并相应的进行了实用开发研究。

2.1 静态GPS相对定位的应用

所谓静态相对定位，指的是需要两台或以上的接收机，同时对卫星信号进行接收，然后处理相关数据，精确计算控制点三位坐标，并根据其中某点的坐标位置，精确求出另外一点的坐标位置，静态相对定位具有很强的精度，在我国野外工程测量中，用的最为频繁。诸如位移监测、地球定位测量、大型工程野外涵洞隧道精确定位。

在我国公路的工程测量中，特别是高速公路，其线路的勘测定位有着十分高的精度。高速公路通畅延绵千里，已知的控制点少之又少，野外需要确定的控制点多不胜数，若是用常规工程测量手段，给工程带来十分繁琐的同时，还满足不了工程的精度要求。GPS测量技术刚好能弥补这一缺陷。随着我国GPS在公路工程的应用，国内已经利用GPS技术布控首级高精度的控制网，比如在杭金衡、沪杭、沪宁、石太等高速公路中都采用了GPS测量技术。在野外，用GPS技术定位公路的控制点，几十公里出现的误差在2cm范围内，这是常规测量手段无法比拟的。在一般的工程测量中，控制网的布置、检测以及桩位的放样都是测量在主要任务，在传统的测量工程，一般采用的是将控制网设置成线形网或者是环状网，经常利用经纬仪以及测距仪，更有甚者单面利用全站仪进行数据的测量工作，其实这样的配合测量工作所需要的时间相当长，花费的财力也十分巨大，因此，GPS静态定位呼之欲出。前面分析的GPS定位法，其进行的静态定位，几乎不受到天气环境等相关因素的困扰，使用十分方便，在监测的同时，精确度相当高，大力缩短了测量时间，提高了测量效率。

GPS工程测量技术除了在公路测量中应用之外，在我国大型桥梁以及隧道工程测量中也不可或缺，GPS技术不需要全线通视，能形成画面清晰的图像，这点在无检核的支点的量测应用十分重要和方便。我们比较熟悉的江阴长江大桥，在其常规精密边角网进行检测时便应用了此技术。实现运用普通测量方式，建立精度达到要求的边角网，在此基础上，使用GPS检测边角网，因为GPS有着毫米计精度的优势，在测量边角网时，能符合其精度。

在我国工程测量领域，航测是最需要技术以及最严精度要求的，GPS技术完全能满足相关技术要求，因而在航测领域也有GPS一席之地。尤其在铁路建设过程中，航测技术十分重要。当前的航测成图过程中，几乎任何一对图像都必须拥有满足技术要求数量的共同控制点，只有如此，图片之间才能产生自动纠正，我们所知道的传统测量方法，必须占据很多平面以及高程二维坐标，在占据坐标位置的同时，必然浪费大量时间，由于人为因素，往往使测量精度远远不能达到技术要求。比如在深圳地铁工程中，其工程测量就采用了GPS航测技术，所成的图像沿一字排开，便于人工处理。

2.2 动态GPS相对定位的应用

GPS动态测量就是用GPS信号实时地测得运动目标相对于某一参考系的位置、时间、姿态、速度和加速度等状态参数。利用安设在运动载体上的GPS接收机实时测得GPS信号接收机天线所在的位置，称为GPS实时动态定位。相对静态GPS相对定位而言，动态GPS相对定位指的是固定一台接收机，以此当基准站，同时，另外的接收机在不断处于运动状态，以此当流动站。动态GPS相对定位技术，利用比较两站之间相互信号的差别，通过计算，得出各个流动站在任意时刻的位移以及位置坐标。GPS动态测量的差分数据一般有两种处理方式，一种是即时处理，一种是滞后处理。所谓即时处理，指的是及时将基准站的测量信息传输到流动站，进行对比加工，其重要的步骤是及时形成数据链，用于实时传送信息数据；所谓滞后处理，就是不需要及时将基准站的测量信息传输到流动站，只在后期进行处理相关数据。

动态GPS相对定位一般用于道路勘测，这种技术在我国的应用还在初级阶段，还并不成熟，相反，动态GPS相对定位技术在国外已经取得相当大的成果。在加拿大卡，一所大学里有一种全新的动态定位系统，整个系统由一台捷联式惯性系该、两台GPS接收机和一台微机组成，其主要作用是为道路勘测作出直线以及曲线的定位，在养路方面有着十分重要的作用。

3 结语

随着工程测量精度要求的提高，GPS技术的应用也日益广泛，在传统测量仪器的弊端逐渐显现的今天，GPS所具有的优势愈加明显。我国无论是大型的桥梁工程，还是误差精确的高级公路工程，GPS都能够在很短的时间内，作出精确的测量来进行准确定位。随着GPS静态以及动态相对定位技术的日益成熟，相信未来的工程测量领域，GPS技术必然是主导测量手段。

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