基于GPS的动态测量技术在土木工程中的应用

孟 爱 青

(太原理工大学，山西 太原 030024)

·测量·

基于GPS的动态测量技术在土木工程中的应用

孟 爱 青

(太原理工大学，山西 太原 030024)

阐述了GPS在工程测量中所具有的优势，介绍了GPS(RTK)系统的主要组成部分，依据GPS测量应遵循的原理，对GPS(RTK)配合全站仪具体施测的操作流程及其应注意的事项进行了分析研究，以推动GPS动态测量技术的发展与进步。

GPS，实时测量，动态测量，三维坐标

RTK(Real Time Kinematic)作为一项组合系统，它包括了GPS测量定位技术、无线电技术、数字通信技术以及计算机技术等，它推动了GPS测量技术新的发展和进步。RTK能实现全天候作业，而且定位的准确度极高，误差都是随机偶然误差，不会累积。

实时动态测量的基本工作原理是：将GPS接收机安装在某个基准站，连续观测能见的GPS卫星，以无线电传输设备作为数据传送工具，确保用户观测站随时获取信息；在用户观测站，GPS接收机既接收基准站的传输数据，又能接收卫星信号，从而精准的反映流动站的三维坐标值。

1 GPS在工程测量中的优点

GPS作为一种优越的定位系统，在汽车导航、物流运输、资源勘探、水利建设、铁路建设、灾后救援等方面都发挥了无比重要的作用。在工程测量中，它相比于其他测量方式更为优越，GPS点标志在测量中也发挥了重要的作用。GPS在测量中所具有的优点分析如下：

1)GPS方格网的测量精度指标是点位中误差，更优于相对中误差。

2)在大型的工程测量方案中，布设大地控制网时，若采用GPS方法，由于图形的强度系数较高，可以大大提高点位的趋近速度，更有利于网形的优化。

3)GPS测设方格网时，构造简单，可以灵活选取点的疏密和边的长短，同时它也解决了点位之间无法通视的困难，还可以保证在外施行测量方案时不受天气影响。

4)GPS方格网的误差分布很均匀，能够满足常规测量的规范要求。与此同时，它的点位精度也很高，具有较大的精度储备。

5)GPS-RTK相比于其他方法，效率更高，更具有自主性，可以减少劳动力的消耗，流动站也可以由单人完成作业。

2 GPS(RTK)系统的构成

GPS(RTK)系统主要由三大部分构成，包括无线电通信系统、流动站以及基准站。其中，流动站包含了流动站控制器、电源、无线电通讯接听系统、GPS天线以及GPS接收机等。基准站涵盖了基准站控制器、为无线电台和GPS接收机提供能量的电源、无线电通讯发射系统、GPS天线以及GPS接收机等。

3 GPS(RTK)工程测量遵循的基本原理

用户接收部分、空间卫星部分以及地面监控部分共同构成了完整的GPS系统，各功能间相互区别、相互联系，共同构成了一个统一的整体。就静态GPS测量系统而言，要确保观测效果的实时性，就必须拥有两台或者以上数量的接收机，各接收机接收的数据会存在细微的差别，后期用软件处理的方式能将WGS-84坐标系统的基线向量进行准确显示，在进行坐标转换、平差等工作以后，三维坐标即可求出。最后结果无法在现场即时获取。图1是对RTK实时相对定位原理的简单展示。

基准站接收到的卫星信号要及时、准确地传递到流动站，就要依靠无线电通信系统，流动站能及时接收卫星数据，而且基准站传递的卫星数据它也能接收。在初始工作完成以后，流动站能及时将基准站信息传递到控制器，从而对这些载波进行差分处理，最终计算出未知点的具体三维坐标。

4 GPS(RTK)配合全站仪的具体施测过程

第一步就是对作业流程进行规定，图2即为该测区的作业流程图。

RTK的设计必须严格遵守以下操作原则：

1)应在测区中央位置架设基准站，而且要始终保持基准站距离无线电发射塔和高压线至少50 m。已知点确定以后，应在此基础上校正点位，确保RTK的准确、可靠。2)要确保基准站仪器平整、精确，对中要控制在1 mm以内，而整平精度要保持在半格以内。3)15°是接收机接收卫星的理想高度角。4)在确定基准站天线高度时应在不同的三个方向反复测量，确保互差小于3 mm，天线高度应为三次平均值。

对流动站的技术要求规范：

1)不小于13°是最佳卫星高度角。2)至少观测5颗以上的卫星数。3)选择流动站位置时要谨慎，尽量将其控制在转换范围内，在不超过基准参考站10 km的位置架设。4)在进行观测工作以前，要认真检测已测点或者已知点，确保准确。5)进行测量时必须保证RTK处于固定状态。6)测点相对图根点的相对中误差不得大于图上0.12 mm(实地20 cm)。7)在选用RTK为图根点确定方法时，要尽可能选择易于仪器操作和搬运且实现良好的地方，所以，理想的图根点位置为十字路口或者平房区，为了检测方便，要确定后视点。

全站仪的基本操作流程：1)尽可能整平对中，将对中偏差控制在1 mm以内；2)全站仪启动后，打开文件管理界面，新建文件夹，将文件储存在该文件夹下；3)在检核过程中，将后视点作为检核点，进行点收集的基本前提是偏差在可控范围内，否则，要对具体原因进行调查；4)对碎部点数据信息进行搜集和整理。

特别要强调的事项：1)要分清盘左盘右，始终在一个方向观测一个测站；2)一旦触碰到测站仪器，就需立即校正。

5 结语

GPS作为一种优越的定位系统，在工程测量中，有着显著的优势。本文主要研究和探讨了GPS(RTK)系统的组成，GPS(RTK)工程测量基本原理，GPS(RTK)配合全站仪的施测过程，有利于推动GPS动态测量技术新的发展和进步。

[1] 高井祥.数字测图原理与方法[M].徐州：中国矿业大学出版社,2001.

[2] 尤秋阳.GPS RTK技术在地籍测量中的应用[M].武汉：测绘信息与工程出版社,2003.

On application of GPS dynamic measurement technique in civil projects

MENG Ai-qing

(TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

The paper illustrates the advantages of GPS in engineering measurement, introduces the main components of GPS (RTK) system, and analyzes and researches the operation procedures and precautions for the GPS with cooperation of total station, so as to enhance the development and progress of GPS dynamic measurement technique.

GPS, timely measurement, dynamic measurement, 3D coordinate

1009-6825(2014)30-0219-02

2014-08-18

孟爱青(1958- )，女，高级工程师

P228.4

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