浅谈工程测绘中GPS测量技术应用

朱增洪　贾贵毓

（江西省建筑设计研究总院　江西　南昌　330000）

浅谈工程测绘中GPS测量技术应用

朱增洪贾贵毓

（江西省建筑设计研究总院江西南昌330000）

随着我国社会经济的快速发展与科学技术的不断进步为各行各业的发展创造了良好的环境和条件，并提供了可靠的科学技术保障。尤其是计算机网络技术的普及使得信息全球化的趋势日益突出，而GPS作为全球定位系统，为全球范围内的信息传递与流通提供了可靠的技术支持，其中发展较快的GPS定位测量技术，也在工程测绘方面发挥重要作用。本文就主要对工程测绘中GPS测量技术及数据处理作出了探讨，并对GPS技术的优缺点进行了分析，供同行参考。

工程测绘；GPS测量；工作原理；控制测量

引言

近几年，随着我国现代化建设进程的不断前进，工程测量技术在工程建设中的作用越来越重要，而GPS测量技术属于新型科研成果，被广泛使用主要是在数字地球研究领域中承担着重要的作用与能够准确定位目标，为工程提供准确精密的导航，提高工程的完成质量，为工程作业提供了极为便利的测绘技术，以往用全站仪做的控制点需要花费大量的人力和时间才能完成的，现在有了GPS，让控制测量变得非常简单，它具有精度高、测量时间短、距离长、测站间不需要通视等诸多优点。虽然在工程施工中，有许多种测绘方法，但GPS测绘技术无疑是众多技术中效率最高的一个。但是GPS技术也存在一些不足。

1　GPS原理及外业施测

GPS的定位原理类似于传统的后方交会。在GPS测量中，卫星主要被作为位置已知的空间观测目标，从而形成了不需要地面点的后方交会，每台接收机都是一个独立的控制点，经过接收到的数据解算出点的经纬坐标（WGS-84），在多台接收机同时接收数据便形成了很多三角网形参与平差解算，自由网无约束平差解算出WGS-84坐标，然后把已知的控制点进行约束平差得到北京54坐标。

GPS联测和高等级导线在各个单位均有各自不同软件和方法平差解算，在此不再赘述。在做较长距离导线时就会产生投影变形，投影变形处理准确与否将直接导致整个坐标系统成败。

2　GPS系统的组成和测量方式

GPS系统的空间部分是由24颗卫星组成，均匀的分布在6个轨道面上，卫星上安装了精度很高的原子钟，其系统信息能在全球范围内向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。

GPS的测量方式主要分为动态测量和静态测量两种，静态测量应用于工程测量中的控制测量，动态测量一般用于碎部点采集及工程放样等等。

3　GPS控制布网和基线测量

3.1准备工作

在测量工作前要对测区情况进行实地了解。还需要知道卫星的星历预报软件的状态，评估障碍物可能会对GPS观测造成不良的影响。再对布网和作业要求来操作以及测区的实际情况。

首先是选取观测点，以布设GPS网，再进行静态控制测量。在GPS定位的过程中，接收机的天线观测位置始终保持不变。处理信息数据的时候，接收机天线的位置并不会因时间的变化而受到影响。从观测模式上来看，为多台接收机对于不同测站的静止同步观测。接收机获得卫星发送的伪距，载波相位等信号的观测值，再使用计算机技术对下载的观测值进行处理，基线处理是比较常见的处理方法，网平差，坐标转换和高程转换的精度高点的坐标。在测量中，高精度的定位，比如各种等级的大地测量网，工程控制网，基准网和变形监测网的测量静态定位测量方法。

3.2选点的一些技术要求

（1）为了确保对卫星信号连续跟踪观测的质量，要求测站上空尽可能地开阔，在10～15°高度角以上不能有成片的障碍物。

（2）为了减少对GPS卫星信号的干扰，在200m的范围内不能有强电磁波的干扰源，例如：大功率无线电发射设备，高压电力线等。

（3）为了减少多路径效应的发生，测站应该远离高层建筑，水域等反射强烈的地形。

为了方便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通条件方便和易于保存的地方。

3.3布网

GPS基线向量网的等级：依据国家测量规范、各行业测量规范、任务要求来定等级。根据我国2009年所颁布的全球定位系统测量规范，GPS基线向量网被分成了A、B、C、D、E 5个级别，见表1。

GPS布网方案主要是根据项目的具体要求，成本，时间，人力和接收器和后勤等条件来确定，在确定布网方案的时候，以满足精度为第一要求，尽可能减少消耗。GPS网通常采用多个异步闭合回路，这需要反复的接收机，但限制运输和通讯手段受到实际操作中往往会带来很大的困难。由于起始点会严重影响到网平差，那么采用GPS布网的时候，尽量使起始点间形成异步环，其它各点根据实际情况而定，不一定需要都在异步环中，以节省时间和人力，提高外业工作效率。

表1　GPS基线向量网等级表

GPS基线向量的布网形式。GPS网常用的布网形式有以下几种：跟踪站式、会战式、多基准站式（枢纽点式）、同步图形扩展式，单基准站式。

3.4外业观测

完成了GPS点的选取和网的设计，就可以开始进行外业观测和数据的采集。具体方法和过程本文不再赘述。

3.5数据处理

数据采集所使用的软件为中海达公司提供的HD2003后处理软件。作为自动化软件，人工干预的因素较少，从而提高了测量精度。对于点位的卫星不多或过多卫星信号被阻断，经常出现断开网络调整，使在这个时候，我们必须处理的小干涉基线。还注意到，残余的基线分析，观测卫星，超过限制的数据错误时，如果一个大的时间残差的一个卫星，该卫星将有一个窗口去掉卫星点或一个时期的卫星，然后加工。所以满足要求到目前为止，处理后的基线所形成的三角网的闭合差均满足对方的要求，最后将控制点坐标加入再进行网平差，从而得到控制点的三维坐标。具体处理的精度要求在规范中有非常详细的规定，本文不再赘述。

4　GPS在控制测量中的优缺点

4.1优点

（1）控制点的点间距长。静态网的最大边长可以达到75km，但是距离越长观测时间也越长，如10km的边长双频GPS需要观测时间1.5h，由于点间距长的优点在大地控制测量中应用非常广泛。

（2）定位精度高。双频静态机标称平面精度可以达到2.5mm+ 0.5ppm×D、高程精度也达到5mm+0.5ppm×D，足够满足大部分的控制点的精度要求。

（3）提高工作效率。GPS控制测量还具有无需通视的优点，由于我们常规的全站仪都需要点与点之间的通视，非常麻烦，所以使用GPS来做控制点测量非常快捷，大幅提高工作效率。

4.2缺点

（1）GPS必须在空旷的地方才能测量，在隐藏和覆盖面积是不可用或不方便使用GPS。如进行地下工程中，隧道测量不能采用地面没有GPS信号。控制网布设在森林里，如果道路狭窄，两旁的郁郁葱葱的树木，GPS信号将被封锁，树木提出了解决困难的基线向量是与所需的精度线计算。

（2）利用GPS定位技术的高程测量不能直接得到正常高的地点，但只得到高的地面，确定正常高，我们必须知道地面点的地面点高程异常，这限制了GPS技术在高程测量的影响。

5　结束语

实践证明，在缩短工期、降低成本和设计的灵活性方面，GPS控制测量相对全站仪有不少优越之处。随着卫星星座的发展，除了GPS还有GLONASS、北斗等卫星系统将会给测量技术带来质的飞越，而且中国的北斗卫星都是一些直角的同步卫星，对弥补GPS缺点带来实质性改变，所以将来GNSS技术将具有更广阔的应用前景。

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[3]孙彦龙.刍议工程测绘中GPS测量技术的应用[J].中国信息化，2012（18）.

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2015-4-21