浅析GPS测量技术及其在工程测量中的应用要点

季厚振

大庆油田工程有限公司勘察工程部，黑龙江 大庆 163712

1 GPS测量技术原理及特

1.1 原理

GPS是Global Poaitioning System的简称——即全球定位系统，20世纪70年代，由美国开始研究开发，历时20年，耗资200亿美元，终于在1994年全面建成，该系统可以对海陆空进行全方位的实时三维导航与定位，是新型卫星导航与定位系统。全球定位系统拥有的优势特点是：全天候、精度高、操作简便、高效益，因此受到了众多测绘工作者的信赖。GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置点架设GPS接收机，在某一时刻同时接收了三颗以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。

1.2 特点

1）测站之间无需通视。GPS工程测量对各个测站间的要求很简单，相互之间不需要通视，仅要注意测站的上部空间需开阔，以保障GPS系统在接收卫星的信号时不被干扰。也正是由于这个特点为测量工程节省了大量的造标费用。因为各个测站无需通视，点位的选择就很灵活、方便，可以根据具体工程的需要来选择位置，省去了大地网测量中的过渡点、传算点的测量工作；

2）定位精度高。一般的双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，红外仪的精度则为5mm+5ppm，GPS测量出的精度相当于红外仪的精度，但距离越长，GPS测量的精度优势就越明显。在各种应用实践中证明，GPS相对定位精度在50km以内时，可以达到10-6，GPS相对定位精度在100km～500km时，可以达到10-7，GPS相对定位精度在1000km时，可以达到10-9。而在300 m～1500m的工程精密定位测量过程中，1小时以上观测的解，其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm；

3）观测时间短。在布设GPS控制网时，各个测站的观测时间大概是30min～40min，如果应用快速静态定位方法，其观测的时间会更短。若是应用实时动态差分法（RTK-Real-time kinematic）能在5s内求得测点坐标；

4）提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程；

5）操作简便。GPS测量系统接收机也在不断的改进、完善，其自动化的程度也在逐步提高：接收机的体积越来越小，重量越来越轻，这在很大程度上减轻了外业测量人员的工作紧张程度和劳动强度。而今GPS接收机已趋向于小型化和操作简便化，测量工作人员只需将天线对中、整平，量取天线高、打开电源即可进行自动观测，对获取的数据，利用各种数据处理软件进行处理即求得测点三维坐标。另外，GPS观测工作在一天之中的任一时间都可以进行，各种恶劣天气、气候情况对它的影响不是很大。

2 GPS测量技术在工程测量中的应用

2.1 GPS测量的外业实施

1）选点。点位应选择在易于安置接收设备、视野开阔的位置。选点时应着重考虑：（1）每点最好与某一点通视，方便在后续的测量工作中继续使用；（2）视野周围高度角15°以上不应有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；（3）点位附近不应有大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），棋局里不应小于200m，距离高压电线不得小于50m等，避免电磁场对信号的干扰，减弱多路径效应的影响；（4）点位应选在交通便利、地面基础稳定、易于保存、有利于其他观测手段扩展与联系的地方，以便观测和日后使用；（5）选点结束后，按要求埋设标石，标石要求必须坚固、稳定，并填写点之记。

2）观测。外业观测主要包括以下内容：天线安置、开机观测、气象参数测定、观测记录。并及时将数据转移至存储设备上，观测者填写观测手簿。

2.2 GPS测量的数据处理

GPS数据处理主要流程如下：

图1

将GPS接收机记录的观测数据传输到存储设备之后，就需要对数据进行分流，即从原始记录中，通过解码将各种数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和测站信息文件等。统一数据文件格式，将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样密度和观测值数据单位统一为标准化的文件格式，以便统一处理。采用多项式拟合法，平滑GPS卫星每小时发送的轨道参数，使观测时段的卫星轨道标准化。探测周跳、修复载波相位观测值。对观测值进行必要修改，在GPS观测值中加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电离层改正。预处理的主要目的是净化观测值，提高观测值的精度。一般的数据处理软件都采用站星双差观测值。

影响基线解算结果的因素主要有：基线解算时所设定的起点坐标不准确；少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周模糊度无法准确确定；在整个观测时段里，有个别时间段里周跳太多，导致周跳修复不完善；在观测时段里，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍比较大；对流层或电离层折射影响过大。GPS控制网是由相对定位所求得的基线向量而构成的空间基线向量网。在GPS控制网的平差中，是以基线向量及协方差为基本观测量的。通常采用三维无约束平差、三维约束平差及三维联合平差三种模型。

[1]全球定位系统城市测量技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2]徐绍铨，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998.

[3]陈斌.浅谈新技术在工程测量中的应用[J].科学之友，2006(12).