GPS导航系统在工程测绘中的应用探讨

河南省中牟县天宇规划测绘队 李建平 张景英

GPS导航系统在工程测绘中的应用探讨

河南省中牟县天宇规划测绘队 李建平 张景英

随着科学技术的不断进步，由美国国防部建成的GPS卫星导航定位系统开始投入使用。这种导航系统主要通过测距和定时进行空间交会定点，来实现将实时、连续和高精度的三维坐标、速度及时间信息提供给世界各地的用户。GPS导航系统的应用及推广，给人类生活带来了更多便利。

一、GPS系统组成及优点

1.GPS系统的组成。GPS定位系统主要是由工作卫星的空间部分、地面监控部分及用户部分组成的。这3部分分别具有独立的功能和作用，同时各部分之间又有机结合在一起，形成一套完整的定位系统。

GPS地面接收机接收天上四颗以上的定位卫星的电磁信号，并可根据所接受到不同卫星之间信号的时间差，准确地计算出接收机该时距离各卫星的距离。由GPS卫星在空中位置可知，因此可通过一定的计算公式将卫星位置和已测出的距离进行换算，确定接收机在地球上的位置，包括经纬度、海拔等地理信息。目前，GPS导航系统已开始应用于考古测绘、农业生产、城市交通及国际战争中。如黑龙江的三江平原地区，因其是汉魏遗址，是考古重要地点，文物保护部门利用该定位技术，对遗址进行精确定位，并将遗址群绘制成为平面彩色图系，不仅数据精确，也节省了人力物力；我国城市交通以上海为首，交通部门可通过卫星定位对城市车辆进行定位，方便政府部门的管理，更便捷了百姓生活；国际战争上，利用卫星定位系统能够准确计算敌方阵营及重要部署，给敌方以致命突袭，有力把握战争局势。

2.GPS系统的优点。GPS卫星定位系统能够较快适应各种复杂变更情况，节省时间，避免人力损耗，能够克服传统测量方法的弊端，对动态监测过程能够真正实现数值化和信息化。在工程测量实际测绘过程中，GPS系统不只可以用于测量和导航，同时可用于测速及测时。GPS定位系统在测量过程中具有如下优点。

（1）避免通视。测站间的相互通视是传统测量学中一个较难解决的问题，但在利用GPS定位系统过程中，避免了测站间的通视问题，能够使选点更加方便灵活，并使造标费用大大节省。

（2）定位精度较高。GPS测量的优越性能随距离的增长而愈显突出。在一份对北京土地开发项目实施中，所要开发地区涉及10个边远郊县，而且多数位于山区地带，工作人员进入该地区后，易迷失方向，难以定位。通过GPS测绘技术的使用，可在50km以下的基线上，相对定位精度达到百万分之一以上；在100km以上的基线上，定位精度达到千万分之一，轻松解决定位难问题。

（3）定位迅速。利用该定位系统进行静态相对定位时，对20km以下的基线，快速相对定位通常只需20min；在动态相对定位时，完成初始化工作以后，可在任意时刻对流动站进行定位，观测时间仅需几秒。

（4）全天候工作。利用该技术进行观测定位的过程中，不受时间、地点限制，也不会因天气状况影响观测效果。在平面控制测量的过程中通常以导线如结点、闭合导线的形式进行测量；在重要构造物测量时，通常布设成线形锁、三角网的形式。

二、工程测绘过程中GPS技术实施

1. 选点与标志的建立。在选点的过程中要注意以下要求：点位应选在交通便利的地带，该地带视场要开阔；对电磁波有干扰的地带不宜选点，如高压线、电视台及大面积的水域地带都将干扰电磁波的接收。

2. 外业的观测。GPS的对外观测作业主要有天线的安置、实时观测及对观测结果的记录等。

（1）安置天线。安置天线过程中主要注意对中、定向、整平和对天线高的测量。在静态相对定位的过程中，要把天线架设在三脚架上，并在标志中心的上方进行对中，同时保持基座上的水准气泡在居中位置。调整天线定向过程中，要确保定向标准线面向正北方，误差小于5°。测量天线高时，应从相位中心量起，直至观测点的标志中心，此段垂直距离即为天线的垂直高度。

（2）观测作业。在进行作业观测任务时，要及时捕获卫星的信号，并实时跟踪处理，获得定位所需的信息和数据。在安置完天线以后，为确保电源和接收机的正常开通，要将接收机安置在离天线不远的安全区域内。在开启电源进行观测时，要保证系统已检查无误。

（3）数据处理与成果校核。为了保证对外观测的质量和预期定位精度的实现，应对观测成果进行校核。在结束观测任务以后，要对获得的观测数据及时进行分析、校核，对出现的不合格的观测结果要及时采取补测措施，经确认数据无误后，方可对数据进行处理。

三、GPS系统实施实例

1. GPS用于大桥的控制测量。鄂黄长江公路大桥在建造初期为了施工及设计的便利，采用GPS技术对首选方案Ⅲ、Ⅳ桥位进行Ⅲ等平面控制测量。以双大地四边形布网作为设计方案。与江面垂直的长边约为1 200m，平行的短边约为500m。双大地四边形与两个国家Ⅱ等以上大地点联测。在平差处理以后，控制网的精度通常为：误差在最弱点位中为1.93cm，在最弱边长相对为1/113 000。使Ⅲ等平面控制测量的精度要求得到了满足。

2. GPS测量用于导线控制测量。河北境内高邑至邢台段的京深高速公路地处华北平原，地势坦荡平整，最大相对高差在20m左右，平均海拔大约50m，境内分布村庄较多，植被多为小麦及田间行树，机耕道和公路密集分布。在导线测量过程中，采用3台Wild 200 GPS接收机，采取点连接方式开始同时作业，完成作业后，使其向前滚动。

3. GPS测量用于密林、密灌地区路线控制测量。在海南中线新建公路海口至屯昌路段的测设中，从石山到永发镇有20km距离，植被覆盖较厚，其中刺密灌、荔枝、龙眼、杂草地较多，人迹罕见，并分布大量火山口。这种地区几乎没有使用红外仪导线进行测量的可能。为提高高等级公路测设质量，采用GPS沿路线每隔2km做一对GPS点，这一对GPS点应保证足够的水平通视距离。可在2km一对的GPS通视点的建设基础上前后各支出不超过1km进行放线测设工作，这样不仅能够保证工作的测设质量，又能使作业的劳动强度大大减小，从而缩短了测设周期。