浅谈GPS在我国市政测量中的应用

庞彬

摘 要：本文主要就对GPS技术在市政测量中的应用方面进行了一些研究，对于进一步提高市政测量中GPS技术的应用具有很好的指导和借鉴意义。

关键词：GPS；市政工程；工程测量

0 引言

20世纪80年代以来，随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。下面，本人结合多年工作实际，主要就全球定位系统（GPS）在市政工程测量中的应用方面浅谈几点看法，仅供同行参考研究。

1 全球定位系统（GPS）概述

1.1 GPS系统简介

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范（Geometrical Product Specifications）-简称GPS。

1.2 GPS系统的组成部分

（1）空间部分。GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，运行周期为12h。卫星均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°，卫星的平均高度为20200 km，运行周期为11h58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。

（2）地面控制系统。地面控制系统由监测站、主控制站、地面天线所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。

（3）用户设备部分。由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。

1.3 GPS技术的优势

相对于其他的定位、测量技术，GPS技术优势是很明显的，主要表现在以下几个方面：

1）功能多、用途广。GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可达 0.1m/s，测时的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。2）定位精度高。GPS可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。随着GPS定位技术及数据处理技术的发展，其精度还将进一步提高。3）实时定位。利用GPS进行导航，既可实时确定运动目标的三维位置和速度，由此可实时保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最佳航线。特别是对军事上动态目标的导航，具有十分重要的意义。

2 GPS 在市政工程测量中的应用探

2.1 GPS在市政公路测量中的应用

（1）一般可以根据测区范围的大小和测量仪器的精度高低，将公路勘测分为传统公路勘测和现代公路勘测。所谓传统公路勘测，是指用普通测量仪器 （经纬仪、测距仪、水准仪等） 所从事的路线勘测，即现场选定路线交点和转点，然后布置中线，进而完成整个路线勘测工作。现代公路勘测，是指用精密测量仪器（GPS、全站仪、水准仪等） 所从事的路线勘测，采用的是纸上定线法。随着GPS定位技术，特别是实时GPS动态定位技术在公路勘测中的应用，公路勘测作业流程的改革已进入可行阶段，一次性外业测量完成工作目标变成可能，从而大为减轻测量作业人员的劳动强度。这种作业方式的显著特点是测量精度高，工作流程少，作业效率高。一般用于测区范围较大、必须考虑地球曲率影响的公路测设。

在实际测量时，具体的作业方法如下：采用两台（或两台以上） 接收机，分别安置在一条（或数条） 基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按GPS测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段长度根据测量等级确定。

（2）在采用GPS对公路进行测量时，特别要注意以下技术问题：

1）当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接通电源，启动接收机。2）开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后，方能输入有关测站和时段控制信息。3）接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。4）一个时段观测过程中，不允许进行以下操作：关闭又重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。

2.2 GPS在市政电力工程测量中的应用

（1）电力工程测量是市政电力工程建设中一项重要的内容，按照其作业服务对象一般分为厂站工程测量、送电工程测量及施工工程测量等内容。电力工程测量既具有一般工程测量作业特点，又具有其独特的行业特点，主要表现在：1）虽然一般厂区的建设面积不大，但是其有很多附属设施，如电厂有除灰管线系统、取排水系统、输变电系统、铁路运输系统等等；而所有这些系统都不是独立的，都和外界有着千丝万缕的联系，都要和城建规划系统、国家坐标高程系统联系在一起。2）厂区控制测量对内部精度要求比较高，特别是要能满足设备安装时施工放样测量的要求，比如平面控制要求为：对于厂区平面控制网的坐标系统，主测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km。

（2）利用GPS技术可以很方便快捷的实现对电力工程厂区内的测量，主要测量技术步骤如下：

1）方格网的设计，既要满足将来施工放样的需要，同时要保证方格网的边要与主建筑物平行，还要考虑到施工过程中临时建筑和道路的影响，防止在施工过程中受到破坏；以往方格网的设计是以总平面图为基础，以主厂房为主线作为控制因素，桩位的位置在总平面图上不易直观反映且可能在施工过程中受到影响；如果采用在CAD下应用总平面图并结合施工单位的实际需求，将能合理策划方格网的边长和位置，方便直观地获知方格网点位置坐標。2）放样方格网点位置在埋设桩位过程中要得到确定，防止调整桩位坐标位置时偏离出桩位。对方格网点点位中误差应满足< 士5”的精度要求，是容易做到的。但对于方格网直线度限差< 士5”的要求，如果采用全站仪必须进行多次调整，才能满足要求，结合已经成熟的GPS技术和3D技术，在精确获得桩位中心坐标的前提下，在CAD下精确获取各方格网点的调整数据，然后再用高精度全站仪进行放样调整方格网点，将会提高调整方格网点满足精度要求的准确性。3） 应用GPS快速静态测量技术配合全站仪进行方格网直线度限差的检验，再用全站仪随机抽检部分直线角，然后比较和GPS 快速静态测量角度的差值来推算判定整个方格网的精度情况将会大大提高作业效率和减轻劳动强度。

3 结语

GPS 技术发展的过程也是其在测量应用上不断完善的过程。GPS技术是一门新型的定位技术，因此我们在测量应用中既要顾及GPS自身存在的问题，又要解决测量上固有的矛盾。