GPS在工程施工控制测量中的应用

王仲磊

（广东省地质局第一地质大队广东珠海519001）

GPS在工程施工控制测量中的应用

王仲磊

（广东省地质局第一地质大队广东珠海519001）

随着国家基础设施的大力建设，对工程的施工质量也提出了更高的要求，而工程测量是工程施工的前期基础工作，它对工程施工的准确定位起到关键性的作用。GPS测量技术以其全天候、实时性、高精度的优势在工程施工测量中得到了越来越多的应用。本文主要以GPS测量技术在工程施工中的应用、以及测量工作的不足做简要的阐述。

GPS测量误差精度控制

0　引言

GPS（Global Positioning System）即全球自动定位系统。在20世纪中后期，由美国国防部为了更好的军民服务，经过多年的努力而研发的新一代全球卫星自动导航定位系统，其可以24小时自动向全球范围内的用户提供高精度的导航、定位和授时服务。

在近十几年，GPS全球定位系统已经广泛应用于测绘工程领域，它可以建立高精度的打底测量控制网，从而可以测量全球的动态参数。同时，它还可以高精度的建立大地基准，从而高精度的测量海洋、陆地数据参数。

1　 GPS概述

研究发现，GPS主要由三大部分而组成：地面监控部分、空间卫星部分和用户设备部分。

1.1空间的卫星群

GPS空间卫星群，它主要是由分布在6个倾角为60度卫星轨道上的24颗卫星组成，以组成几乎圆形轨道绕地球运转，其高度约2.02万千米，其卫星群的运转周期为11小时58分，从而实现了任何地点任何时间接受4颗以上卫星所发射的卫星信号。

1.2 GPS的地面控制部分

GPS地面控制部分。主要是由主控站、注入站、监测站组成，而主控站作为GPS的核心部分，主要是根据各个卫星所测量的数据分析卫星中修正参数与卫星星历，同时并将这些参数传递到卫星中；注入站是将主控站所分析的数据传递到卫星数据中心；监测站是接收卫星发射的数据信息，并监测各个卫星的工作情况。

1.3 GPS用户部分

GPS用户部分主要是由数据分析软件、接收机与计算机等组成，其主要作用是接收不同卫星所发射的数据信息，然后利用数据信息进行定位导航。

2　 GPS工程定位的原理

GPS定位系统主要原理是高轨测距，它是以观测站到GPS卫星两者之间的距离作为测量的基本量。在GPS测量定位时，为了得到高精度的观测量，可以采用以下两种方式：第一，可以通过测量卫星发射的信号传输到地表接收用户所用的时间，再乘以信号传输速度则可得到伪测量距；第二，可以通过测量拥有多普勒频移动的GPS卫星载波信号与用户接收机产生的载波信号之间的相位差，计算出测量距。

研究发现，通过伪距观测量定位速度较快，但是其精度与采用载波相位观测量定位的精度低，在工程测量时采用4颗或4颗以上的卫星同时进行伪距测量则可计算出地面用户接收机的三维位置。

3　 GPS在工程施工控制测量的优点

3.1卫星精度控制

卫星星历的误差控制主要根据区域性GPS跟踪网锁定卫星运行轨道。在地面的跟踪站地心坐标误差会对卫星轨道产生较大的误差（可达到10倍）。因此，这就需要卫星轨道的精度达到2m，而跟踪站的地心坐标精度要达到0.1m，并采用约束全球基站松弛卫星轨道的约束基准法以达到优于5cm的相对坐标值，这就可以满足我国定轨道的需求。

3.2信号传播误差低

电离层延迟控制主要通过以下三种方法：第一根据电离层模型加以修正；第二，根据接收机的双频特性降低电离层的延迟；第三，以同步测量来降低误差延迟。

3.3观测误差精度控制

利用标准光压模型、ROCK4光压摄动模型与多项式光压模型可以实现1m定轨的基本需求。此外，可用附加随机的过程参数或是对较长轨道运用一阶三角多项式逼近非模型化的长期项影响,可以得到更为理想的结果,甚至是可以满足到0.1～0.2m精度定轨的要求。

4　GPS测量在南水北调穿黄工程中的应用

南水北调穿黄工程施工控制测量是以已知首级控制网点为基准对布设的加密控制网点进行测量。在测量过程中采用GPS静态测量法与大地测量法，并对这两种测量方法的测量精度进行对比分析。

4.1控制网形

施工加密控制网采用首级控制网点（G08、王铺、G07、刘庄）作为已知的控制基准点，然后根据南水北调穿黄工程的施工进度对首级控制网点进行加密，以满足施工测量放样的基本要求，如图1所示，图中的E01、E02、E03、E04为加密控制点。

图1　施工加密控制网

4.2使用仪器、测量方法及结果

4.2.1大地测量法

使用仪器：2”型电子全站仪TopconGTS-602、干湿温度计、气压计等。

测量方法：采用侧边网测量工程控制网，采用测距三角高程测量高程，而利用2”型电子全站仪TopconGTS-602按照测量规范的要求进行施工测量。在外业各项数据测量结束后进行修正各数据，再进行平差计算。

4.2.2GPS静态测量

GPS静态测量主要根据测量方案，将三台Topcon Hiper GPS双频接收机对中调平，误差不大于3mm，放置在设定的同步环上以进行同时接收卫星群发送的信号，以接收机静态快速观测，且以边连接方式，同时进行大于4个卫星进行观测，有效观测卫星倾角为大于15度，观测时间段数大于1.6，且每段时间长度为45min，直到将所有数据测量完毕。

表1　大地测量法与GPS测量法精度比较

5　 GPS工程测量的不足之处

5.1卫星星历误差

研究发现，星历误差是GPS测量过程中产生误差的主要原因，若在测量前的定位精度小于1ppm时可以不考虑卫星星历产生的误差。在GPS实际应用过程中，由于监测站所监测过程中的误差以及卫星受到其他外力的作用而导致所测量的卫星轨道出现一定程度的偏差，这就导致卫星的星历出现误差，其与实际位置之间存在一定的误差。

5.2信号传播误差

5.2.1对流层与电离层折射的影响

对于电离层的影响主要是因为在电离层中，由于在太阳作用下分子之间发生了电离作用，这将导致卫星所发射的数据信号在空中传输途中出现一定程度的滞后，并引起GPS所测量的结果出现一些误差.

5.2.2观测误差

GPS观测的误差还与天线的安置位置、精度有很大的关系，即天线的整平误差、对中误差以及测量天线高度误差等，其误差具体如表1所示。因此，在精密的定位当中，要应注意整平天线、仔细对中等基本操作。

5.2.3天线中心位置偏差

在GPS测量技术中，其测量值是由太空中的卫星与地面上接收机天线之间的距离，且天线的对中就是根据天线的几何中心为标准的。这就需要天线的几何中心与天线的相位中心相重合，可是，在天线的相位中心瞬时位置是根据数据信息的方向与强弱而发生改变，这就出现了在相位观测时其中心位置会与理论上相位中心出现偏差。

6　结束语

综上所述，GPS以其实时性、全天候、高精度的特点广泛应用在工程测量中，提高了工程测量定位的精度，同时也确保了工程的顺利施工。

[1]肖建洋.GPS技术在隧道测量中的应用研究[J].工程建设与设计.2012(06).

[2]高小六,李永泉.GPS在隧道平面控制测量中的应用与精度分析[J].城市勘测.2011 (04).

[3]顾民贵,徐桂花.GPS在工程施工控制测量中的应用[J].科技信息.2008(36).

[4]郑广伟,徐思达,贾国宪,郑战辉.GPS观测数据质量评价指标分析[J].海洋测绘,2012年03期.

P2[文献码]B

1000-405X（2015）-7-195-2