工程测量中GPS技术的应用及精度分析

李 楠

( 黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150025 )

工程测量中GPS技术的应用及精度分析

李 楠

( 黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150025 )

随着工程建设的现代化，现代工程建设越来越多元化，工程测量技术为了满足工程建设的多元化需求也在不断地创新与研发中。作为工程测量的重要手段之一的GPS技术，凭借其高精度、高效率、易操作等技术优势在现代工程建设中得到了广泛地应用。针对工程测量中GPS技术的应用以及其精度进行分析探讨，阐述其在建筑工程测量中的应用价值，提出在测量实践中应该如何控制其测量精度，以供参考。

工程测量；GPS技术；应用；精度

GPS测量技术以其独具的精准性、高效性、易操作的特点在现代工程测量中得到了广泛应用，成为现代工程测量的重要组成部分，并促进了现代工程测量的自动化和智能化以及规模化[1]。GPS测量技术在我国现代工程测量中的应用状况如何呢？在我国现代工程测量中有着怎样的前景，有出现了哪些问题呢？这些都是测量技术人员应该关心的问题，作为当前一个重要研究课题，将针对这些问题一一进行分析。

1 工程测量中GPS技术的应用

1.1 地形、地籍与房地产测量中GPS技术的应用

由于城市、矿区等项目工程的规划及建设管理需要不同的比例尺地图，就必须进行地形测量。而地籍房地产测量则是用于对土地权属界址点位置的精确测定，以及为土地和房产管理提供比例尺较大的平面图,并对房屋面积进行量算[2]。在对地形、地籍和房地产进行测量时，GPS测量技术的最大优势是提高了对各个待测点的三维坐标进行测定的速度，并且应用GPS技术测量出来的数据结果具有高精度性，这样工程测量人员就能掌握高质量的数据信息，方便其对工程的分析与判断。另外由于近几年兴起和发展了一项名为RTK即实时动态差分法的测量技术[3]，此项测量技术完成所需的条件限制较少，它不对基准控制点的数量做出任何要求，即使可用的基准控制点极少，它也可以完成测量。在对界址点、地形点、及地物点的坐标进行观测时，不用布置任何级别的控制点就能进行得快速又精确。此外，它还能一次性绘制出关于各级控制点的不同比例尺的电子地图，只需借助工程测图软件和相关的计算机绘图仪即可。与之前在地形、地籍与房地产工程测量中使用的应用的静态、快速静态、动态测量相比，RTK技术无需等到事后进行解算才能获得厘米级的精度，在野外实时就能得到高精度的结果。RTK技术是GPS技术发展的一大突破。

1.2 城市测量中GPS技术的应用

随着中国城市化进程的不断加快，城市规模的不断扩大，城市工程测量也得到了发展。由于城市工程测量自身所具有的与地形、地籍与房地产测量所不同的特点，在进行城市工程测量中，必须先进行大地测量。城市测绘工作所需要的与之相关的高等级控制点以及基础资料都需要进行大地测量才能获得。之后将这些资料与GPS测量相结合，对城市规划及建设管理的工程测量成果、成图进行测量，就能建立城市控制网和工程控制网。不过在采用GPS技术进行城市工程测量时要严格根据《全球定位系统测量规范》及相关的设计技术来进行并结合卫星运转到该城市上空的具体时间来制定城市测量计划[4]。一般要求每天在两个小时进行数量在六颗及以上的卫星跟踪并确保位置精度强弱度在6或6以下，同时每个观测点设站不少于2次，观测时长在30～60min，观测时间要尽量设在白天。由此可见GPS技术虽具有高精度、高效率、低成本和数据安全可靠的优势，但也有着一定条件的限制。

1.3 矿山测量中的GPS技术的应用

目前我国土地资源比较紧张，特别是许多沿海城市发展过程中要扩大城市规模，进行城市建设，就要进行大规模的围垦建设。由于围垦工程远离岸边在受潮汐影响严重的施工点进行施工且多数施工项目需水上作业完成，传统的测量技术无法进行，但是GPS可以。故而在工程测量中GPS不受自然环境的影响。在矿山测量中GPS可以起到重要的作用。在进行矿区控制点加密，地形测量以及钻孔剖面点、探槽、探井、坑口、取样钻孔、地质点、近井点、坑口位置点的坐标放样与求测，工程作业调度，地质填图等方面GPS-RTK发挥了重要的作用。

1.4 路线、桥、隧勘察中的GPS技术的应用

GPS技术在现代工程测量中发展出来GPS-RTK测量技术，这项测量技术彻底的改变了公路测量的模式。它不仅具有GPS测量技术的精准性、高效性、易操作的特点，还能对所在空间位置的三维坐标进行实时测量，及时得出所需得测量结果，可以直接的进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等[5]，非常适合路线、桥、隧的勘察。

2 工程测量中GPS技术精度分析

GPS技术可以在导航的过程中锁定运动目标的三维位置和速度采用不同方法对平面与高程进行测量。因此GPS的测量精度要高于常规精度。但是受各种原因的影响，GPS测量的精度会出现不稳定的情况，这些因素主要是以下几点：

2.1 GPS卫星影响测量结果

由于GPS测量技术是依靠GPS卫星定位来提供测量数据，因此GPS卫星的定位精准度对GPS精度起到直接的影响。而目前采用的单点定位会使卫星星历给出的的测量结果与实际上卫星所在的位置不一致，产生误差。而这种误差往往会对GPS测量精度产生严重的不良影响，因此需要利用区域性的GPS跟踪网对GPS卫星轨道进行跟踪确定。由于单点定位的精度较低不能得到GPS测量所需的高精度结果，故而应不再考虑卫星轨道存在的误差，直接以导航电文所获得的卫星轨道为准，同时要保持跟踪站地心坐标的精度，因为在卫星运行时会受到多种摄动力的影响，从而产生复杂多余的卫星轨道，另外要使用加权约束基准取得5cm以上的相对坐标值[6]。此时只要将跟踪基站进行数据分析就能修正轨道误差，传送给客户精密的星历，从而提高GPS测量的精准度。

2.2 接收设备对GPS测量精确度的影响

接受设备在对信号进行接收时，信号的输入方向与输入强度的变化会对相位中心位置产生影响，从而产生实际的相位中心位置与理论的相位中心位置不符合的现象，故而GPS测量精确度会被接受设备的接收机位置与接收天线相位中心位置影响。因此在进行GPS测量之前要检测接收设备的天线相位中心的稳定性，确定接收设备的天线相位中心达到了可进行测量的稳定值，才能实施测量，得到有效的测量结果。还要检验接收设备的野外作业性能，确保接收设备能适应野外实地测量的环境状况。还需要考虑到如果测程不同，那么精度是否会发生变化？假如测量地点在测量时间之内的环境温度产生了变化，或者是几台同时作业的接受设备所处的环境温度不同，那么精度是否也会发生变化？甚至还需考虑频标的稳定性对精度的影响。只有在充分了解接收设备的这些问题后才能制定出比较完善且符合实际的GPS测量计划，以保证GPS测量的顺利完成，使接收设备对GPS测量精度的影响降到最低，得到所需的高精度测量结果。

2.3 GPS测量精确度受卫星信号传播影响

电离层的弥散特性、大气层对信号的折射、测站周围聚集大量的反射物产生折射等，这些因素都可能在卫星信号传播过程中对传播路径造成影响，是传播路径发生偏差，传播速度发生变化，从而对GPS测量精度造成严重的影响。因此要采取降低电离层或实现多路径的方式来减小误差，控制精度。首先，电离层模型是进行GPS测量修正的有效手段。由导航电文提供的电离层模型可对单频GPS接收机进行修正，当然也可采用其他适合的电离层模型进行修正；其次，同步观测值求差法也是提高GPS精确度的良方。由于卫星信号到达各观测站的过程中具有介质状况相似和路径相近的特点，可利用两台接收机进行同步观测，取其差，从而降低电离层折射。再次，可使用双频观测，对两个伪距进行测量，依据信号频率与电离层折射的特性，在测量结果中求出电离层改正数，提高GPS测量精度。另外，也可从站点的布置入手，选择合适的站点。如避开山谷、山坡以及盆地，可设在距大面积平静水面一段距离的地方。设置站点最好选在反射能力较差的地方，例如翻耕之后的土地，因为它与其他粗糙不平的地面之间的反射能力较差。如果设置站点需要进行长时间观测任务，则需要考虑接收机天线是否具有良好的屏蔽性，天线造型是否合适，截止高度角是否合理。从这些方面进行考虑，最终的结果就是提高GPS测量的精度。

3 结束语

作为当前工程测量中最重要的技术手段之一的GPS技术，在当前各类型的工程测量得到了广泛的应用，甚至发展出了新技术如GPS-RTK，可见GPS测量技术以其独具的精准性、高效性、易操作的特点在现代工程测量中具有可观的发展前景。虽然在GPS测量中其精度会因GPS卫星、接收设备、卫星信号传播等因素产生误差，但是通过选择有效的精度控制方法，也可改进GPS测量技术在工程测量中的不稳定现象，提高GPS精度，保证并提高工程建设质量。

[1]刘叶明. GPS技术在工程测量中的应用[J]. 科技风,2010,(7):259-260.

[2]张莉.GPS技术在工程测量中的应用探讨[J].科协论坛：下半月,2011,(9):64-65.

[3]杨建.GPS技术在建筑工程测量中的应用分析[J].地球,2014,(6):209-209.

[4]刘贵洲.基于公路工程测量中GPS的应用研究[J]. 中国新技术新产品,2011,(16):73.

[5]原涛.浅谈GPS技术在工程测量中的应用[J]. 江西测绘,2013,(04):53-55.

[6]余美义.GPS技术在上海城市规划建设中的应用与展望[J]. 城市勘测,2005,(1):10-14.

(责任编辑：孙强)

Application and Accuracy Analysis of GPS Technology in Engineering Measurement

LI Nan

( Heilongjiang Institute of Architectural Technology，Harbin，Heilongjiang 150025，China )

With the modernization in engineering, the modern construction is getting more and more diversified. In order to meet the diversified needs of engineering construction, engineering measurement is also in constant innovation and development. As one of the important means of engineering measurement, the GPS technology, with its high precision, high efficiency, easy operation and other advantages in the modern construction technology, has been widely applied. This paper analyzes and studies the application of GPS technology in engineering measurement and its accuracy, expounds its application value in the measurement of construction, and puts forward, in surveying practice, how to control the precision of measurement for reference.

engineering survey; GPS technology; application; precision

2015-02-10

李楠(1983-)，女，山东牟平人，讲师，硕士。

TU198

A

1671-4385(2015)02-0110-03