浅谈全球定位系统与建筑测绘

□修冬红

浅谈全球定位系统与建筑测绘

□修冬红

随着时代的发展和科技的进步，长期使用的测角、测距、测水准的传统测绘技术将会逐步的被代替，而以全球定位系统—GPS为代表的3S技术正在被广泛的应用。再加上实时动态差分法—RTK这一种新型GPS测量方法的发现，引领各种控制测量的新的方向，也极大地提高了外业作业效率。

1.什么是全球定位系统—GPS

1.1 GPS的定义

全球定位系统是以美国国防为背景，由美国国防部设计、投资、开发、和运行。它以卫星定位和时间传输为基础，利用GPS卫星，在全球范围内适时进行定位；它是随着现代科学技术迅速发展而建立起来的新一代精密导航，具有全能性、全球性、全天候性、连续性，实时性的定位系统；能够为客户提供精密的三维坐标速度和时间的仪器。

1.2 GPS定位原理

它由用户接收部分、地面监控部分与空间星座部分3个框架组成。GPS的基本原理与测量学中测距交会确定点位的方法一致，简单地说是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点间的距离进行交会来确定点的位置。具体地说先将上述3者进行信号的连接，然后进行连续不断的观测，测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，则接收机一定位于以卫星为中心，以所测距离为半径的圆球上，同理可测得另外至少两颗卫星与接收器的距离。因此接收器一定位于这几颗卫星所测半径的圆球的交点上。然后综合这几颗卫星的数据，通过流动站进行计算，处理就可知道接收机的具体位置。但是含有接收机，卫星中的误差及大气传播误差，数据并不是真实的距离故称为伪距。对OA码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20m左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2m左右。

1.3 GPS定位方式

一是绝对定位（单点定位）。绝对定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，但是卫星钟是原子钟而接受器则是石英钟，有钟差的影响，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。

二是相对定位(差分定位)。相对定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量。它的优点是在多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星误差、接收器钟差、电流层电离层的折射误差，通过相对定位可有效的进行消除或消弱上述误差产生的影响，从而提高相对定位的精度。

三是静态定位。在定位过程中，接收器定位是固定的。

四是动态定位。接收机天线处于运动的状态。

在绝对定位和相对定位中，又穿插着静态和动态定位两种方式，但只有动态绝对定位和静态的相对定位才有利用的价值。而其它的定位的方式还在研究阶段。

1.4 GPS在建筑测绘时所具有的优点

一是定位精度高。GPS的测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，红外仪的精确度就要远远不如GPS测绘的精确度，GPS测量精度基本上都能保持在10m以下。

二是观测效率高。GPS操作自动化高，在小于20km的基线上做静态相对定位需要15～20min。而动态观测，每个观测站只需要几秒钟，并且测点间无需通视，减少了人工浪费，缩短了测量的时间。

三是全天气，全天候作业。GPS观测可以在任何时间任何地点进行，一般不受外界天气状况影响，这是因为它的卫星很多，其观测范围有很多重叠的区域，分布广泛，可以进行连续性作业。

四是操作方便。由于其操作较之传统测量，人工操作较少，基本实现了自动化和智能化，测量员只需安装并开关仪器，测量仪器高，观察并读数。其他都由器械自主完成。而且重量轻，体积小极大减轻了工作者紧张程度和劳动强度，所以具有较强的可操作性。

五是布网灵活。由于GPS控制点间不需要通视，并且网的精度主要取决于观测时的卫星，观测数据的质量，数据处理的方法，而与GPS网型关系不大。因此GPS布网比常规布网灵活方便，可用于地形复杂的基地。常用的网型有：星型网连接式、点连式、边连式、网连式。

2.GPS技术在建筑测绘中的应用

2.1 GPS的应用

GPS最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标，给海中的军舰导航，为军用飞机提供位置和导航信息等。但是，随着现代技术的发展，不仅在军事方面，还在建筑测绘中GPS的应用也越来越成熟。

一是GPS系统在房屋工程中提高精确度。工程测绘是对所要测绘的全部区域进行全区域的测绘，它是测绘制图，数据的采集录入的重要前提而工程中提高控制点信息的精确度则又是全区域测量的关键。因此GPS工程网按照区域的范围和时间的次序分为基本网和加密网，它要比传统的网边长变化幅度大而且结合得更加灵活。网络功能的划分以及布置的不同，使建筑整体区域的测量更加明确，有利于城市空间内界址点的区别。而在工程细部的测量GPS作用更加凸显。工程中基地界线、节点、形状的确定。房屋位置，数量的测定，是建筑测绘的目标也是难点。因为城内建筑鳞次栉比，高低错落，这些点线很难确定，而GPS的出现则让难度大大降低。它能够将距离误差缩小到10cm。

二是GPS在建筑用地勘测重要应用。GPS技术可以随时随地对目标进行勘测，确定建筑使用地的范围，确定各类土地的面积和界桩的位置。从而可以较少进行建筑用地的观测时间，减少多余的测绘过程。它为未审批土地，工程施工提供可靠的资料和依据。在进行地形勘测时，传统测量由于要保证质量必须要进行各测点通视，这严重影响了施工的进度和人员的分配。而GPS则完美的解决了这一问题，它选点灵活，布网方便，不受通视网形的限制，它只需一人在每个碎点上待上一会，输入其特征编码，然后用专业的制图软件就可以输出这个地区相应的地形图。

三是GPS在变形观测的应用。运用GPS技术进行工程建筑物观测时，在适当处设立基准点，在变形体中设立流动站。比如在高层建筑中，在风作用下易产生侧向位移，因此对抗侧推力要求很高。为了保证结构安全，必须进行测移设计。但是，建筑物是具有弹性的，风力作用下，它会进行摆动，所以传统的测量手段无法进行。只有GPS能够进行实时观测的测量措施才能达到预计的效果。例如：我国深圳的帝王大厦曾在台风期间进行GPS测绘，收到了很好的效果。

2.2 GPS应用注意事项

一是在进行测绘之前，要先进行工程的踏勘、了解、气候、地形、地质、交通、等诸多条件。二是了解地区的强电磁干扰，天空遮挡以及地面和建筑物对电磁波的反射情况。远离大功率无线电发射源，距离大于200m，远离高压电线距离大于50m。三是选点，便于安置设备，观测地点应避免遮挡，视野内障碍物不宜超过15°，影响卫星观测及信号的质量，注意手机步话机等设备的使用。第一，当观测条件较差，边长较短时，应谨慎观测。第二，为消除相位中心偏差对测量结果的影响，天线安置应严格指向北方。第三，为消除电离层的干扰，要有一部分晚间观测时间。第四，观测结果是外业观测的重要环节，一定要严格检查，对超限和有误处要进行重测和补测，直到无误后才能离开被测区域。

3.应用实例

位于广州的雁翎大厦，属于框筒结构，地下3层，地上48层，总高度为146.9m利用GPS构建各施工层的三围控制网，避免了复杂的轴线投侧与标高工作，提高了工作的效率。

工程首先选择两个坚固持久的基准控制点，其精度要求优于1/36000，设为A、B两点，然后在每层平面内都选择两个基准点C、D，从而构成ABC，ABD两个同步闭合环，每次进行约40min的静态观测，从而获得三维坐标。这些数据与交桩给定数值进行校验，结果再与国家高程通过计算获得高程异常值。从而任何时候都可以将GPS大地高程换算成国家高程。

验收时，雁翎大厦校验结果显示，垂直度精度优于1/50000，标高控制约为5mm。由此可以说明GPS在建筑测绘中的应用可以提高测量的精度值，提供简单方便的测控网络和清晰明了的三维坐标，是建筑工程的结果质量得到很大的提高，有利于新时期建筑工程的智能化，高效化。

4.结语

工程测绘是一项系统工程，需要大量且精确的数据资料以及操作方法，GPS的发展无疑满足了工程测绘高效率，高精细度的要求，它的出现使测绘制图，图属一体化存储和信息入库的问题得到了解决；又由于它的方便快捷以及随时随地可操作性，减少了多余的观测，从而避免了资源，时间和人员上的浪费；再加上它的作业不受环境和距离限制，从而提高了工作的效率和成果的质量。因此具有广阔的发展前景。□

2014-10-16

修冬红，女，汉族，河北省水利水电勘测设计研究院，工程师。