GPS技术在工程控制测量的应用及测量精度分析

潘池

[摘要]随着经济的快速发展和科技的不断进步，越来越多的先进技术应用在工程测绘中，GPS技术是现代科学技术中，发展起来的一种先进的卫星系统定位技术，和传统的测绘技术相比较，GPS技术在工程测绘中有很大的优势，能极大的提高工程测绘的准确性。本文针对GPS技术在工程控制测量的应用及测量精度进行详细探究。

[关键词]GPS技术 工程控制 测量 精度

[中图分类号]P258 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-152-1

0引言

GPS技术在工程测量中的应用，是对传统工程测量带来了彻底性的革命，并且其具有不受天气和通视条件影响、定位精度高、操作方便、自动化程度高、成本低等众多方面的优点，致使其被广泛的推广和应用在现代工程控制测量中。随着GPS技术在工程控制测量中的应用，人们对工程测量精度提出了更高的要求。

1 GPS测量技术的概述

1.1 GPS系统的组成

GPS系统主要由GPS卫星星座、地面监控系统、GPS信号接收机等三大部分组成，其中GPS卫星星座是由3颗轨备卫星、21颗工作卫星共同组成的，这24颗卫星按照每组4颗卫星平均分配在6条相互成60°的轨道平面上运行，其运行周期为24h，因此无论在地球那个方位，都能在任何时间观测到最少有4颗属于GPS系统的卫星，GPS空间星座的主要作用是观测目标，并将观测信息转换成载波信号，传输到地面监控系统中，实现目标定位。地面监控系统主要由主控制站、监测站、地面天线几部分组成，主要负责收集空间卫星传输回来的信息，然后利用这些数据计算出卫星星历等数据。GPS信号接收机也就是用户端，它能搜索、捕捉卫星，然后卫星传输的数据进行处理，计算出GPS信号接收机所在位置的经纬度及高度。

1.2 GPS工程测量原理

在工程中，GPS测绘技术有两种方法测量出被测对象的信息，一种是测量伪距离，另一种利用载波相位进行测量。测量伪距离是根据接收机接收到的GPS卫星发出的测距码及电文内容，根据信号发射到用户接收信息的时间，计算出卫星与接收机天线之间的距离，由于用户接收机的时钟难以与GPS卫星时钟保持同步，计算出来的数据有一定的误差，因此，称为伪距离。用载波相位进行测量是测定GPS卫星载波信号在传播路径上的相位变化，从而计算出信号传播距离[1]。

2 GPS技术在工程控制测量中的应用优势

2.1自动化程度高

工程控制测量中的GPS技术，采用GPS接收机进行各种测量时，只需要将天线准确的安装在检测站上，并接通电源与启动接收单元，此时仪器就能够自动开始工作，当测量工作结束之后，只需要将电源关闭，接收机就能够自动的完成数据的采集，并采集的定位数据传输至数据处理中心，进而实现GPS自动化的测量以及计算。

2.2适用范围广

GPS技术在国民经济的各个领域中都具有非常广泛的应用，对于从事测绘工作的工程施工人员来说，已经得到广泛的应用，其中涉及到地壳板块运动的检测、大地测量以及各种工程测量，尤其是在工程控制测量中具有非常广泛的应用前景，尤其是GPS技术的自动化检测，对于工程的自动控制系统的研究是GPS技术在未来应用的一个重要发展方向。

2.3测量精度高

GPS技术的短距离的测量精度达到毫米级别，差分导航精度达到厘米级别，对于大型的工程建筑以及构造物的变形监测具有精密的定位测量，在进行合适数据处理的模型和软件之后，其在高程和平面精度都能够达到毫米级别。

3 GPS技术在工程测量中的应用流程

3.1定位测量点

选择测量点时必须遵循便捷、安全的原则，便于布设GPS设备，尽量定位在视野开阔的作业环境内，避免影响GPS设备信号的传输与接收，排除外界电磁的影响，确定GPS的测量点后，需要记录到测绘图纸内，为后期测绘提供图纸依据。

3.2构建测量标志

GPS技术中的测量标志，主要是起到指示、提示的作用，待测量点定位完成后，需要安置测量标志，用于指导GPS测量的整个过程。由于工程测绘环境的影响，测量标志的构建并没有统一的方法，基本按照测量人员的经验设置，比较常见的方法时埋入标石，既可以发挥标识作用，又可以稳定标志。

3.3测量观测

测量观测是GPS技术中的重要环节，GPS测量属于室外作业，促使GPS需要严格遵循室外观测的要求。例如：某地籍项目测绘中，在GPS室外观测中增加卫星导航，两者需在协调状态下才能实现高质量的测绘服务，该项目人员设置到GPS技术后，利用卫星收集测量信息，通过导航系统观测GPS接收的卫星信号，充分利用开机观测的方法，保障测量观测的技术性[2]。

3.4数据分析

GPS测量数据的分析，基本是由计算机完成，利用计算机中的外业检测，确保数据分析的准确度，确保数据结果贴近工程实际，完善GPS测量中的数据库。

4工程测绘中的GPS测量技术分析

4.1水下测绘

水下测绘一直是我国工程测绘中的难点，因为水下的情况复杂，而且受到水位影响，所以水下测绘的难度系数比较高，如果在水下工程中采用人工测绘，必须要排除流速、压强等因素的干扰，无法保障测绘结果的准确度。我国水下工程的发展速度越来越快，对水下测绘的依赖性也逐渐提高，促使水下测绘成为水下工程的重要部分。GPS测量技术具有显著的优点，可以在横、纵两个方向，实现精准测绘，GPS测量设备的体积非常小，不会对水下测绘区域产生影响，其在测量过程中，将收集到的水下资料迅速传递到地面的计算机系统内，通过软件分析得出最终的数据结果，排除水下环境的干扰，降低水下测绘的难度。水下测绘在GPS测量技术的推动下，取得良好的测量结果，如超生测量等，优化水下测绘的环境[2]。

4.2形变测量

形变是工程测绘中的主体项目，大部分工程内都存有形变影响，尤其是受到地质、人为等因素的影响，更是增加形变控制的难度。针对形变控制，需通过GPS提供测量信息，便于提出科学的控制途径。例如：某矿业现场的地基出现形变，表现出严重的沉降危害，该矿业人员通过GPS测量技术，及时分析引发地基变形的原因，同时测量地基沉降的基础参数，有效控制形变发生，降低地基形变对整个矿业现场的危害，GPS测量技术在该矿业中发挥定位与监测的作用，利用三维定位的方式，监测地基形变中的细微变化，控制在安全范围内，避免出现大规模的形变或沉降，保障该矿业现场的安全运营，而且提高了矿业现场抵御变形风险的能力。

4.3城市测绘

城市建设是我国经济发展的重点项目，多样化的城市建筑投入施工，由此必须保障测绘达到规范的标准。GPS测量技术在城市测绘中的使用频率最高，其与GIS、RS组合，高效完成城市测绘的定位、遥感等，提高城市测绘数据的准确度。例如：某城市测绘时，涉及到大面积的控制网，总共包括三级导线测绘，需要GPS的准确测绘，该城市测绘过程中，受到基础建筑的影响，导致不同层次的导线测绘均遭受不同程度的破坏，增加GPS测量技术的压力，此时该城市选择GPS静态测绘，同时利用GPS中的RTK技术，排除城市两个测绘基点的通视，完成直接性的测量连接，不会破坏该城市原本设定好的测绘基点，还可以高效率的完成城市测绘，方便建筑施工和城市规划[3]。

4.4网点控制

网点控制主要体现在大地测量中，传统的测量技术耗时、耗力，影响网点的控制。我国在工程建设中，重新规划了控制网点，为保障网点控制的精准度，需要利用GPS测量技术，完成长距离的准确测绘。GPS测量技术在网点控制中，能够适应大规模的大地测量，在保障效率的基础上，快速完成网点测绘。GPS测量技术在网点控制中的应用，还要避免对城市控制产生影响，以免干扰整体测绘的精度，造成数据误差。

5 GPS技术在工程控制测量中的应用

文章以工程为例，该工程采用了6台Ashtech型静态单频GPS接收机（测量精度为5mm±1ppm）采集野外信息，作业基本要求包括：数据采样率（S）不超过30s；时段长度不小于60min；同时观测有效卫星数量不小于4；平均重复设站数不小于1.6；同时观测有效卫星书不小于4；卫星截止高度不小于15°。每时段观测都采用测量天线高两次的方式，相差小于3mm，天线高为测量的平均值。GPS观测数据采用Ashtechsolutoons2.5进行基线解算，以此保证每一个基线都能求出整周模糊度。GPS技术在工程控制测量中的应用主要表现为以下几个方面：

5.1静态定位

静态定位需要在每个流动站内设置GPS接收机，一边静止观测，另一边接收太空卫星以及基准站的同步观测信息，并对测站一周的未知数以及三维坐标进行解算，当测量的精度满足相关的要求之后，才能停止测量工作。由于影响测量精度的因素相对较多，该种测量方式主要采用加密控制，这样即使在一些恶略的环境和地形中，同样能够保证测量的精度。

5.2动态定位

在进行动态定位测量之前，必须做好前期准备工作，即先在控制点观察一段时间，然后采用提前设定好的流动站进行实地自动测量，然后结合基准站的同步观测数据，最终确定测量点的位置坐标。当前工程测量对于精度的要求相对较高，通常要求测量精度达到厘米级别，动态定位能够独立完成桩测量、地形图测绘、纵横断面测量等，并且具有非常高的测量精度，致使动态定位技术在工程测量中具有非常好的应用前景。

5.3测绘大比例尺地形图

传统的测法测站与碎部点之间必须通视，不仅拼图环节的精度不能保证，并且还需要至少两人进行工作，花费较长的时间。采用GPS技术，仅仅需要一台机器和一个人，并且花费几秒钟的时间，就能够完成碎部点高程以及坐标的测绘工作，然后输入特征编码，能够迅速成图，显著的降低了绘图难度，提高测绘速度。

5.4选线以及放样

将GPS的接收机作为流动站，在一定的距离接收测量数据，对重要的物质进行定位，然后将获得的信息输入接收机，并利用CAD绘图软件进行选线。采用GPS技术进行放样测量，仅需输入点位坐标，接收机能够将提醒信息准确的传输至任何放样点，这样不仅能够提高放样精度，还能够降低劳动量，加快放样速度[3]。

6提高GPS技术在工程控制测量精度的措施

6.1创建工程控制测量网络

工程控制测量网络是工程管理、维护工作开展的基础，同时也是提高工程测量精度的重要措施。通常状况下，工程控制测量网络的覆盖面积相对较小，占位密度相对较大，对测量的精度要求相对较高，采用边角网的方式，创建工程控制网络，在采用GPS定位技术时，能够充分的体现GPS技术精度高、作业时间短、工程耗费低等优势。

6.2 PTK碎部测晕以及放样

PTK技术，即载波相位差分技术，采用PTK技术对相位的测量进行处理，能够将基准站收集的载波相位信息传输给用户，用户通过对基准站差分信息进行求差解算，能够准确的找到用户的位置坐标，并将定界标点标出，采用PTK碎部测晕和放样，能够提高测量精度和标定的准确性。

6.3区域差分网络的碎部测量以及放样

当碎部测量出现在区域性的GPS的差分系统中时，基准网和放样会对所有基准站提供差分信息的权，并实现差分的定位，提高PTK接收机标称精度，能够提高PTK测量点的精度，进而提高测量精度。

6.4测量精度评定

采用平面平差基线相对精度统计、基线残差统计、环闭合差统计进行GPS定位中误差统计，100%的点位精度控制在1cm以内，甚至控制在0.5cm以内，如果测量数据合格，则表明基线解算质量良好，GPS技术的测量精度能够满足工程测量的实际要求。

7结束语

总而言之，GPS技术在工程控制测量中具有测量精度高、自动化程度高、适用范围广、费用低等众多优点，致使其被广泛的推广和应用在工程控制测量中。但是，GPS技术在工程控制测量的实践应用中，对操作要求相对较高，并且随着现代工程测量对精度要求的不断提高，工程控制测量人员应该熟练的掌握GPS技术在工程控制测量中的应用流程，并采取有效的措施提高测量精度，进而为工程的控制测量提供更好的服务。