工程控制测量中GPS技术的应用

杜菊平

（山西省公路局 太原分局勘测设计所，山西 太原 030012）

在公路工程及市政工程发展的初期，传统意义上一直都采用水准仪、经纬仪来进行控制测量，到后来出现了全站仪，才使测量的难度降低了不少，但全站仪在控制测量中还是存在一些劣势，公路工程及市政工程往往由于测量区域大、线路弯曲且长、沿线地形地貌复杂等条件的限制，使得以往传统的测量技术及测量仪器造成控制测量工作强度大、周期长、成本相对较高，还往往达不到预期的效果。但GPS测量技术的出现，从很大程度上去除了测量工作中存在的诸多缺陷，不仅使测量工作节省了更多的时间与成本，而且测量在精度方面也能达到相应的要求。

1 GPS技术概论

随着我国科学技术的不断发展，GPS技术的出现在很大程度上将前期测量定位的准确度提高了一个台阶。

1.1 GPS技术定义

GPS定位技术其本质主要是以GPS卫星和测量用户接收所在的接收信息的天线之间的距离为最基本的观测量，它的工作原理是依据已知的卫星瞬时坐标为基准，来确定测量用户天线的位置，说得更具体些，也就是空间距离后方交会[1]。但这种距离在理论上是一种伪距，因为卫星钟和测量用户接收钟之间存在一定的差异，因此在进行其测量的时候，至少要存在4个同步伪距观测。

1.2 GPS测量技术优劣势

与以往的控制测量技术相比，GPS技术在测量方面的优势远远超越了传统的测量技术，可以说，GPS测量技术已经被绝大多数测量工作者所接受与认可，GPS测量技术优势具体如下：

a）GPS技术测量周期短、速度快，测量效率得到很大的提高。由于GPS主要是依靠于卫星进行信号的连接，首先在仪器的操作上就比传统的测量仪器要便捷许多，并且GPS测量周期较短，测量速度很快，仪器自动化程序高，同时测量结果数值较为精确。

b）利用GPS技术进行测量，测站与测站之间不需要形成通视，相对于传统的测量技术来说，为了确保测量工作的顺利进行，相邻测站之间必须没有障碍物遮挡住观测视线，才能确保测量工作的下步进行，但在实际测量工作中，尤其是在地形变化大，丘陵地带或障碍物较多的情况下，障碍物给通视造成了很大麻烦，但GPS则不需要测站之间一定要形成通视，使得测量工作首先抛弃了对障碍物清除的顾虑。

c）GPS技术的第三个优势是定位精度很高，这是因为GPS是鉴于全球定位系统而发明的测量仪器设备，经测量具体实践证明，GPS距离测量精度可达到5 mm+1 ppm，同时在大范围、很长距离的测量情况下，它的测量精度可靠性更高，更能彰显出定位精度高的优势[2]。

d）GPS会受到电离层的干扰影响，由于GPS系统主要是依靠卫星与接收机之间的传输来进行数据测量，因此当电磁波在大气层中传播的时候，会受到电离层的重重干扰，因此计算在某些区域会形成一定的误差。

2 GPS技术在工程控制测量中的应用

公路工程及市政工程的测量主要运用了GPS技术的静态技术功能与动态技术功能，GPS静态技术功能主要是通过与卫星进行通信建立连接，从而确定出要测量的点三维坐标，而GPS动态技术功能主要是通过与卫星系统建立信号，利用已知的三维坐标点位，将设计点实地放样到地面上[3]。GPS静态技术功能主要用于公路工程及市政工程中的控制测量，而动态功能主要被延伸至对工程部位的实地放样方面。

GPS技术出现在公路工程及市政工程控制测量中的主要缘由，是随着公路工程以及现代市政工程建设等级的提升，我国对其建设标准要求越来越严格，相对于前期工程控制测量中，一般采用水准仪、经纬仪与全站仪进行导线测量，一般来说，控制测量中的控制点较少，加上地貌的变化，障碍物的多少与高低，这样往往一小段控制测量，也会出现测量仪器的数次搬移架设以及工作量很大的测量计算，导致数天才完成控制测量。这样传统的测量技术开展难度大、周期长，因此将GPS技术引入到公路工程及市政工程控制测量中，显然为前期繁琐的工作节省了更多的时间与精力[4]。

GPS静态测量法在工程控制测量中的应用，一般来说，可以根据事先已经制定好的观测方案，将数台 GPS接收机安置在待定点（a1、c1、c2、c3……），以此来同时获取卫星信号，直至将所有环路观测完毕，观测数据经平差计算得到54北京坐标系的坐标，利用GPS布设控制网是其中的应用之一[5]。比如在某项公路工程及市政工程D级GPS网的设计中，需要实测控制点45个，其中已知点4个，未知点41个，GPS静态功能采用布设7台GPS接收机，并在3个GPS点上同时进行观测，时段长度大于60 min，这样得到的有效卫星控制数达到了7颗以上的精确度，利用GPS技术测量的优点，本次控制测量快速形成最小同步环135个，多边形异步环8个，独立基线54条，平均重复设站数1.7/站。这样在很大程度上减少了仪器的二次搬运浪费的时间，同时减少了传统公路工程及市政工程分级布网的繁琐性。

GPS静态测量在工程控制测量中应用的另一方面是进行控制网中高程与54系三维坐标的测量，它在控制测量中被得到应用，其主要是GPS接收机在电量充足的情况下，接收信号稳定，一般卫星数可以达到7～8颗控制，有的甚至能达到10颗以上[6]。这样对于天线高度的测量校核、中误差等精度得到了更大提高，使得控制网高程的精确度也得到了保证，利用GPS静态测量进行控制测量，其点误差可达到毫米级，这样为后期平差的精确计算打下了良好的基础。

3 GPS技术在工程控制测量中的发展前景

GPS技术在公路工程及市政工程控制测量中的应用已经较为普遍，这项技术的应用前景也是比较长远的，主要表现如下：

a）GPS技术能够使公路工程及市政工程控制测量模式得到很大程度上的改变，主要是GPS技术可以获取到被监测位置的三维坐标，那么这项技术刚好可以应用到桥梁以及线路的勘察中去，同时在GPS卫星定位当中还可以利用GPS技术实时开展放样，点位的测量以及中桩测量等。

b）将GPS技术应用到公路工程及市政工程控制测量中去，使测量精度得到提升，相对于更加复杂困难的测量区域来说，GPS全球定位系统在具体的测量作业中并不局限于距离和某些外界因素的干扰，所以，运用GPS技术将会在很大程度上使困难区域测量结果精度提升更大[7]。

c）GPS技术在工程控制测量中得到应用，将会使后期测量作业成果质量得到更大的保证，GPS技术在工程控制测量工作中，大多数情况下都是通过仪器计算机程序自身来进行计算反映数据的，随着GPS控制卫星的数量越来越多，那么对于丈量天线高度、点中误差以及后期的平差计算等方面，都会使测量成果更加精确。

d）GPS技术工程控制测量中的应用，其在进行高程与平面测量方面精确度基本是一致的，这是GPS技术在控制测量中的一个重要发展前景所在，这样一来，对于高等级的公路工程或市政工程朝着山岭区域发展，GPS技术也恰好解决了其高程测量的难度。

4 结束语

GPS技术在工程控制测量中的应用得到了一定的发展，技术也逐步成熟与完善，随着卫星轨道和钟差的精度不断提高，精密单点定位技术静态定位精度可达到mm～cm级，动态定位精度可达到cm～dm级，并且GPS技术在公路工程及市政工程控制测量中的精度与成熟度会越来越高，这对公路工程及市政工程的测设和施工起到了一定的促进作用。