GPS测量技术在工程测绘中的应用探讨

孟宪伟

【摘 要】GPS 的出现给测绘领域带来了根本性的变革，具体体现在大地测量方面，GPS 定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。本文对GPS测量技术在工程测绘中的应用进行了探讨分析。

【关键词】GPS；工程测绘；应用探讨

引 言

GPS 测量技术的出现和不断发展，极大地促进了测绘工作的进步，不仅使测绘的工作方式发生了根本性的变革，也大大提高了工程测绘的工作效率、拓宽了工程测绘的服务范围。文章首先探析了 GPS 在工程测绘中的特点，论述了 GPS 测量技术在工程测绘中的应用等，有一定的理论价值和现实意义。

一、 GPS 测量技术应用

在工程测量领域，GPS 定位技术正在日益发挥其巨大作用。如，利用 GPS 可进行各级工程控制网的测量、GPS 用于精密工程测量和工程变形监测、利用 GPS 进行机载航空摄影测量、利用 RTK 技术进行点位的测设等。在灾害监测领域，GPS 可用于地震活跃区的地震监测、大坝监测、油田下沉、地表移动和沉降监测等，此外还可用来测定极移和地球板块的运动。

二、GPS 相對于其他卫星定位系统的特点

GPS 系统是目前在导航定位领域应用最为广泛的系统，它以高精度、全天候、高效率、多功能、易操作等特点著称，比其他导航定位系统具有更强的优势。GPS 定位技术能达到毫米级的静态定位精度和厘米级的动态定位精度。

三、 GPS 测量的特点

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。GPS 测量主要特点如下：

（一）功能多、用途广

GPS 系统不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。测速的精度可达 0.1 m /s，测时的速度可达几十毫微妙。其应用领域不断扩大。

（二）定位精度高

大量的实验和工程应用表明，用载波相位观测量进行静态相对定位，在小于 50 km 的基线上，相对定位精度可达1×10-6～2×10-6，而在 100～500 km 的基线上可达10-6～10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于 1 000 km 的距离上，相对定位精度达到或优于10-8。在实时动态定位（RTK）和实时差分定位（RTD）方面，定位精度可达到厘米级和分米级，能满足各种工程测量的要求。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。

（三）实时定位

利用全球定位系统进行导航，既可实时确定运动目标的三维位置和速度，可实时保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最佳路线。特别是对军事上动态目标的导航，具有十分重要的意义。

（四）观测时间短

目前，利用经典的静态相对定位模式，观测 20 km 以内的基线所需观测时间，对于单频接收机在 1 h 左右，对于双频接收机仅需 15～20 min。采用实时动态定位模式，流动站初始化观测 1～5 min 后，并可随时定位，每站观测仅需几秒钟。利用GPS 技术建立控制网，可缩短观测时间，提高作业效益。

（五） 观测站之间无需通视

经典测量技术需要保持良好的通视条件，又要保障测量控制网的良好图形结构。而 GPS 测量只要求测站 15 °以上的空间视野开阔，与卫星保持通视即可，并不需要观测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标。这一优点即可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的 30%～50%），同时，也使选点工作变得非常灵活，完全可以根据工作的需要来确定点位，可通视也使电位的选择变得更灵活，可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。不过也应指出，GPS 测量虽然不要求观测站之间相互通视，但为了方便用常规方法联测的需要，在布设 GPS 点时，应保证至少一个方向通视。

（六）操作简便 GPS 测量的自动化程度很高

对于“智能型”接收机，在观测中测量员的主要任务只是安装并开关仪器、量取天线高、采集环境的气象数据、监视仪器的工作状态，而其他工作，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束观测时，仅需关闭电源，收好接机，便完成野外数据采集任务。如果在一个测站上需要作较长时间的连续观测，还可实行无人值守的数据采集，通过网络或其他通讯方式，将所采集的观测数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集与处理。GPS 用户接收机一般重量较轻、体积较小。例如，Ashtech 单频接收机——LOCUS 最大重量1.4 kg，是天线、主机、电源组合在一起的一体机，自化程度较高，野外测量时仅“一键”开关，携带和搬运都很方便。

（七） 可提供全球统一的三维地心坐标

经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。GPS测量中，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测量观测站的大地高程。GPS 测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。GPS 定位是在全球统一的 WGS-84 坐标系统中计算的，因此全球不同点的测量成果是相互关联的。

（八）全球全天候作业

GPS 卫星较多，且分布均匀，保证了全球地面被连续覆盖，使得在地球上任何地点、任何时候进行项观测工作，通常情况下，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。因此，GPS 定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革；另一方面，也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。

四、GPS 高差与三角高差的差值分析

对比数据由 GPS 网中随机抽取，共抽取 8 条基线，并对其进行三角高差测量。表 1 中往返高差限差均按《光电测距高程导线测量规范》要求的四等高程导线往返高差限差Δh=±45S计算。我们可以看到每一段的 GPS 高差与三角高差的差值都优于规范要求，而且每公里高差误差最大值为±3.29 cm，可见在小面积范围内 GPS 高差精度已经达到了四等高程导线的精度。

五、结束语

检测结果表明，10 km2范围内 GPS 高差完全可以取代四等三角高差及等外水准高差而应用于施工当中。由此可见，在小面积的测区内如果采用单点作为测区起算点而建立的独立坐标系统下，GPS 高程也同样能满足像地质矿产勘查与物化探工程测绘的精度要求。

参考文献：

[1]王金山、周园.测量学基础[M].北京：教育科学出版社，2015.

[2]孟凡超.GPS-RTK 与全站仪联合作业在数字测图中的应用[J].北京测绘，2015（2）.endprint