GPS测量技术在工程测绘中的实际应用

平国生

【摘 要】 随着国内工程建设与GPS测量技术的快速发展，GPS测量技术在工程测绘中得以广泛的应用，并起到了不可替代的作用。本文就当前GPS测量技术的概况和特点，探析了在工程测绘中常用的几类GPS测量技术及其应用原理，并分类研究了它们在工程测绘中的实际应用。

【关键词】 GPS测量技术；工程测绘；实际应用

一、 GPS测量技术概况及特点

1.1 GPS测量技术概况

相较于传统测量技术，GPS测量技术在精确度、速度、操作程序、测量范围和费用等方面都体现了较大的优越性。随着国内工程测绘行业的快速发展，GPS测量技术在该行业的到了广泛的应用，也促进了工程测绘领域的重大革新。

GPS系统是于1973 年l2月美国国防部批准研制的以卫星为基础的无限电测时导航或全球定位系统，由地面监控系统、用户设备GPS接收机和空间GPS卫星星座三大部分组成。随着GPS系统限制逐步放宽，以及系统 可用性、可靠性和安全性的改善，使得GPS系统精密工程测绘领域得到更广泛深入的应用。测绘人员通过利用GPS卫星定位技术构建GPS网来超远距离传输实地测量数据给工程测绘管理部门，以保证测量工作的连续性、有效性和精确性。

1.2 GPS测量技术特点

GPS测量技术主要具有定位精度高，观测时间短，测站间无需通视，仪器操作简便，全球全天候统一的三维地心坐标定位等功能特点。经过不断的研发实践，GPS静态相对定位的精度及其测量基线的精度有大幅提高，在实时动态定位的精度上也取得突破，基本上对于监测大型工程的结构变形上，平面精度可提高至亚毫米级，高程精度控制于1mm左右。GPS系统、控制网和软件水平的逐步完善，使其观测时间极大地缩短，作业效率也有很大的提高。GPS系统与卫星间保持通视，可随时随地进行监测工作，大量减少了测站间通视所需时间和费用。随着GPS接收机的不断改进，GPS测量也逐步实现自动化，其测量仪器简而易，操作也较为简单。大量GPS卫星均匀分布于天际，实现了GPS网络全球连续覆盖，使得其监测工作全球全天候进行，而无任何干扰。由GPS基线网投影变换成工程测绘所需的测量控制网，形成全球统一的三维地心坐标体系；又因为GPS基线网投影变换与常规地面网测量控制点原点和起始方向都相同，所以其转换计算也较为简单。

二、 在工程测绘中常用的GPS测量技术及其实际应用

在工程测绘中，GPS测量技术种类很多，应用也很广泛；其中较常用的GPS测量技术有GPS定位技术、虚拟现实技术和RTK技术。

2.1 GPS定位技术及其应用

2.1.1 GPS定位技术

GPS定位技术在工程测绘过程中的基本应用原理为利用物理学与几何学原理通过结合GPS系统空间分布卫星与地面接收装置，对物体进行多方位的测量。当前国内广泛应用工程测绘领域的GPS定位技术主要有静态和实时动态相对定位技术模式，其中静态相对定位技术是由测绘技术员通过对多台排成一条基线的地面接收装置，同步观测45分钟，并统计和处理观测数据与结果的技术实现过程；而实时动态相对定位须先选取点位较为精确的控制点作为测控站，再利用一或多台地面接收装置，依据载波相对观测量，对不同角度的动态信息连续观测。一般在使用定位技术时，GPS接收机需要同时接收四颗卫星，才能进行三维定位；而要使定位精度达到厘米级别，则至少需接收5颗以上的卫星。

2.1.2 实际应用

（1）采用实时差分GPS定位测定水下地形图

在进行海洋资源开发利用的过程中，需要通过对水深和平面位置的三维测定并利用微机绘制精密的水下地形图。过去在测定水深时，常利用测深仪依据超声波测量水深的原理测定，再利用潮位仪进行潮位测定，以修正水深测量值，得到水下地形的高程；同时利用采用经外测距仪、经纬仪或应答器等无线电定位设备测量平面位置；最后确定三维体系。这套测量体系操作复杂，且对外界条件要求苛刻。而采用实时差分GPS技术可将潮位仪、测深仪、差分DGPS接收机以及终端设备结合起来， 构成一套完整的水下测绘系统。在进行实地测绘使，首先利用DGPS接收机接收的GPS卫星信号以及差分基站的校正信号，再用基台校正数据，修正测量误差。其间DGPS接收机可将测定的坐标参数输入到计算机中，经过计算与坐标转换，在彩色显示屏上实时显示所需测定的数据。

（二）采用后处理差分GPS动态定位进行海上工程测量定位

GPS后差动态定位是在差分基站和船站分设GPS接收机，对来自相同卫星组的导航信号进行同步测量，再通过基站所得校正值，进行测后数据修正。该技术要求差分基站与船站同日报收、记录和处理来自至少三颗相同卫星的信号和数据，拷入同一计算机进行统一的数据处理；再利用后差分软件计算差分改正数。然后按照时间对应的方法对GPS观测数据进行校正，以求得修正后的船载接收机天线所在位置的精确地理坐标；其所得最终的数据与框图可用于大比例尺测绘及海上工程的测量定位。

2.2虚拟现实技术及其应用

2.2.1 GPS虚拟现实技术

GPS虚拟现实技术主要是通过结合计算机绘图技术虚构逼真且相互作用的工程测绘环境对一些地质条件较复杂的区域进行实地测绘，并及时有效地将测绘流程及相应安全要点，以三维图形的形式在计算机上显示出来；最后还要查出并及时修正和完善测量方案中存在的问题，以确保GPS测量技术的精确性。

2.2.2 实际应用——施工临时水准点的测量

在工程测绘的水准测量中，设计单位在未进行严密的实地预测的情况下，应用传统测量技术进行测量，使得出的水准点普遍距离较远，施工时使用也不便。施工临时水准点的测量与确定是指利用GPS接收机通过天线安置、接收机操作和观测记录等作业流程采集来自GPS卫星的导航信号。首先要严格按照技术设计时所拟定的观测计划实施外业观测，以协调好进程，提高外业观测的工作效率，从而保证测量成果的精度。如在部分大型公路工程项目的实地测量工作中，测量人员可以通过应用GPS测量技术得以观看卫星同步图片，进而根据实地地形地貌对路基高度进行全面分析，同时可沿路线方向房基、机井台等较坚固处间隔200～250m左右，补置一个施工用水准点，并详细记录各加密水准点位置。

2.3 RTK技术及其应用

2.3.1 RTK技术

RTK技术是一种能够准确地对界址点以及一些地物点的位置进行精确度可达厘米级的实时测定技术。

2.3.2 实际应用——地籍与房地产测绘

RTK技术应用领域也比较广泛，尤其是在地籍与房地产领域，只须对GPS观测数据进行分析处理后，可直接录入GIS系统，便可得到精确的定位图；对于卫星遮蔽地带，可辅以其他测量仪器（如全站仪、经纬仪等）利用图解法进行细部测量。在房地产建设中，RTK技術常被用于地质勘测，它不仅能对界桩位置进行准确测定，还能通过勘测放样及量算，测出土地使用范围与面积。除此之外，该技术还常被用于土地利用的动态监测，既省工省时，且精度高，为土地利用情况的实时动态监测提供了基础。

4 结语

经理论与实践证明，GPS测量技术在工程测绘中，不仅能够提高工程测绘的可靠性和作业效率，还极大的降低了作业强度，以适应“快节奏”的时代要求，当然在使用该技术时，也存在一些隐在的误差，还须我们进行不断的探索和改良。

参考文献

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