GPS测量技术及其在工程测量中的应用

刘敬东

摘要：为了保证各项工程的顺利开展，就需要做好测绘工作。随着现代化测绘技术的发展，测绘技术的准确性和便捷性越来越高。GPS测绘技术由于其良好的准确性，节约测量时间，测量工作方便快捷，因此GPS测绘技术在测绘工程当中得到了普遍的应用。在今后，还应该充分发挥GPS测绘技术的优势，提升测绘工程的精准性与工作效率，促使测绘工程顺利进展，为测绘工程的进步提供助力。

关键词：GPS测量技术；工程测量；应用

GPS技术将信息以坐标点的形式呈现给使用者，传递给使用者的信息还包括测绘的地点、时间和速度。此时使用者对测绘信息的认识面也得到了扩展。在导航领域之中，GPS信息获得了广泛的应用，纸质版地图已经被电子版地图取代。如今人们只需一部手机就能完成对最优路线的规划，这在很大程度上解决了人们在出行方面的问题。

1 GPS测绘技术的系统组成、基本原理和技术优势

1.1GPS系统组成

GPS系统主要由以下三部分组成：卫星星座（空间部分）、地面监测系统（地面部分）和GPS接收机（用户设备部分）。根据测绘工程要求选择某一位置设定信号接收装置，这样一来地上信号接收装置就会接收到来自GPS卫星系统的数据信息，并且信号接收装置会处理所得信息，分析不同地区信息和位置，获得详细的地理坐标系信息。

1.2GPS系统的卫星定位原理

单点定位：单点定位也称作绝对定位。单点定位指的是在一个待测点上，通过应用一台接收机跟踪GPS卫星，对待测点的地心坐标进行测定。因为很多用户只单纯的了解C/A码（粗码），但是不熟悉P码（精确码），使得导航电文测量的卫星位置存在一定的误差。同时由于空气会影响电波的传播，使得测量结果出现误差，所以，单点定位法的精度相对较低，通常是30m左右。此种方式的定位精度无法满足工程测量的需求，不过在飞机导航、船舶航行等领域应用较为普遍。相对定位：相对定位指的是利用测量卫星将电波传输到两台接收机，会出现时间差，从而实现待测点的定位。通过两台同一型号的接收机对相同的4颗卫星信号进行实时跟踪，合成处理两台接收机接收的电波，这样就能计算出两台接收机之间的相对位置，此时只要给定一个接收机位置就能计算出另一个站点坐标。若是两台接收机坐标距离在10公里以内，因为两台接收机同时观测同一个卫星时产生的卫星星历误差、时钟误差和电波空气传播误差大体相同，所以，在进行相对定位时，就能够有效抵消（或削弱）上述误差的影响，提升定位精度。通常情况下，相对定位精度±（5mm+1ppm.D）。这种测量定位方式主要在大地测量以及工程测量中使用。相对定位方法确定一个点大概观测时间为0.5h～1h。差分定位：差分定位指的是在定位过程中使用2台以上的GPS接收机，把其中一台接收机安装在地面已知坐标点位置上作为基准点，剩余的接收机安装在待测电商。所有的接收机在同一时间实施单点定位，按照基准站测量所得坐标以及已知的坐标就能计算得出定位结构的位置差分或者是伪距差分。借助基准点以及接用户站之间的数据链，把基准站的改正值同步传输到用户站，同时改正用户接收机的定位结果，提升定位精度。差分定位融合了单点定位以及相对定位的优势，而且克服了上述两种方法的不足。不过需要注意的是，在使用差分定位方法时，必须保证所有接收机型号一致，同时观测相同的4颗卫星。载波相位实时差分技术（即RTK）是差分定位法当中的一项典型技术。使用差分定位法测量仅需几十秒就可以测得一个点的位置。

2 GPS测绘技术的优点

2.1观测用时短，效率高

GPS导航定位技术的应用范围十分广泛，在目前的发展阶段中，该技术主要应用于工程测绘中，另外在汽车行使方面，也能发挥良好的导航作用。对GPS接收机进行定位是GPS定位的关键所在，借助静态处理的功能，精准把控数据，进而充分体现期间数据，提升数据的精准度。一般情况下，使用一台GPS测定仪就能获取并收集数据，如果设置的是两台兑点测定仪，仪器之间就能形成良好的协同作用，使得工作的效率明显提升，与此同时测定的范畴也会有所增加。静态定位有着工作效率高的特点，可以在较短的时间内完成相应的工作任务。单频接收机的特点是能够发挥卫星数据的优势，进而获取目标信息。一般情况下，该设备能够在10～15min之内，连续获取目标信息[1]。快速静态定位效果十分明显，而且接受信号质量水平高，能够在很短的时间内就完成信号的接收任务，需要的时间一般不会超过5min。

2.2可实现自动化操作

高质高效的应用GPS测绘技术可更好的实现工程测绘自动化操作目标。具体而言，GPS测绘设备结构简单，操作步骤少，使用门槛较低[2]。同时，随着我国科技技术的快速发展，GPS测绘装置体积不断缩小，便于外出测绘携带。相关测绘人员只需将GPS测绘装置上的接受天线摆放在相应的位置上就可对观测地点的平面特征及位置进行定位，并将准确三维立体信息提供给用户。

2.3满足全天候作业要求

传统工程测绘极易受到地形条件及障碍物的影响，造成测绘数据出现误差，无法满足后期施工要求。但GPS测绘技术主要采用接受及分析卫星信号的方式实现测量，不必受到天气、温度等影响，只要满足观测条件，就可实现全天候的连续观测，大大提升了工程测量工作效率。

2.4應用范围更广

由于城市用地逐渐向郊外扩展，建筑工程地形图测量需求量不断增长，部分工程需在施工场地上布设施工控制网。原有城市技术控制网应用技术较为老旧，应在积极融入GPS技术，减少做过渡点等工作环节，切实降低工程测量成本。

2.5测绘效率高

与传统工程测绘方式相比，GPS测绘技术的测绘效率更高。一方面，由于施工现场面积大，原有测绘技术需将施工地点分割成几个部分进行测绘，难以实现对整体地区的准确量测；另一方面，由于传统测绘方式缺乏相应软件的支持，需依靠大量的人力物力完成测绘工作。而利用GPS测绘装置可将测量数据直接传输到分析系统中，大大提升了测绘效率及质量。

3 GPS测量技术在工程测量领域中的常见方式

3.1常规静态测量

常规静态测量主要利用两台或者两台以上的GPS接收机作为主要测量设备，分别安置一条或者多条基线位于GPS接收机两端。这种方式基本上可以实现同步观测4颗以上卫星的要求，且每时段可根据基线长度或者测量等级，观测四十五分钟以上的时间。结合实践经验来看，常规静态测量方式更加适用于建立全球或者国家级大地控制网体系当中，同时也比较适用于建立长距离检校基线当中，能够为工程测量工作提供更加安全、可靠的数据。

3.2快速静态测量

快速静态测量方法主要在已知测站上安置（一台GPS接收机，并作为基准站，完成连续跟踪所有可见卫星的方法。其中，移动站接收机可逐步作用于待测测站当中，结合GPS测量技术完成监控工作。一般来说，快速静态测量方法比较适用于工程测量与地籍测量当中，取得的效果较为显著。需要注意的是，测量人员必须全面掌握快速静态测量内容与应用要求，以夯实最终测量效果。

3.3准动态测量

准动态测量方式与快速静态测量方式类似，都需要在已知测站上安置一台GPS接收机，并作为基准站，完成连续跟踪所有可见卫星的方法。在工程测量当中，通过利用准动态测量方法可以第一时间明确现场施工条件与存在的施工隐患问题，便于施工人员进行科學的决策，防止后续施工出现安全问题。在实际测量过程中，结合GPS技术的实时性与精准性特点，可以进一步优化待测区域的测量结果，利于工程质量安全。

3.4实时动态测量

实时动态测量方式属于现阶段GPS测量技术主要应用的测量方式，并广泛地用于工程测量当中。利用实时动态测量方式可以促使移动站接收机利用移动站数据链接方式，接收到来自基准站发射来的信号，并进行在机处理，从而获取待测数据的准确位置。在此过程中，GPS测量技术往往会结合RTK技术，优化最终测量结果。究其原因，主要是因为RTK技术主要以载波相位观测量为主，可以进一步实时差分GPS测量精度，能够确保工程测量数据的精准度。

4 GPS技术在测绘工程相关领域中的应用现状

GPS技术虽然相对于传统测量技术有很多优点，但是在很多方面也存在很多缺陷。首先是测绘工程的检测，GPS测量技术只能在工程完成之后对工程进行检测，事后控制会有可能错过工程中存在的问题的解决的最佳时机，一般等到工程即将结束之后才发现问题，将极大地提高工程建设的风险性。此外，在实际工程测绘检查中，检查严谨性不高，导致很多需要重点检查的程序都没有落实到位，可能出现测量单位失误。另外，工程测绘是一项工作复杂，内容繁多的测量工程，因此测绘工程需要投入大量的员工和资金。随着技术的发展，工程的施工工期都比较短，测量工作经常性地因为某些技术人员自身以及工程建设本身的原因，导致测绘工程中还存在诸多问题。

5 GPS测量具体应用策略

5.1布网工作

在工程测绘的布网工作中，GPS测量技术能够发挥重要的作用。简单地说就是利用GPS技术完成网格布置。针对的主要是线路工程，或者是带状工程。最为常见的就是引水工程和海港工程。应用GPS技术进行测绘应用的方式主要有点连式和边连式，构成的三角锁同步图形，而且该图形是在不断发展的。施工控制网和变形监测网主要应用在工程的枢纽区域内，在大多数的情况下，使用的测量方式都是网联式和边连式。以水下地形的测绘为例，水下工程施工难度大，而且施工条件会受到很多限制，所以就需要非常精确的水下地形图作为施工依据。此时就要用到水深测量仪和超声波测量仪，以得到精准的水下地形高程。在某次测量工作中，完善伪卫星的相位差，使得东北两个坐标方向上的测绘精度明显提高。在实际的测量工作中，如果是第四等级的测量条件，也就是两点之间的距离在600～2000m之间，就应该将GPS定位点均匀分布，最大距离不能大于平均间距的三倍，最小间距不能小于平均间距的1/3。

5.2外业测绘

在户外作业中应用GPS定位技术，最为关键的是选出一个合适的测量点。在前期选择出一个合适的测量点，在后期相关的工作就能进行的更加顺利，最终得到的测量值才是正确的。这样做会免去很多不必要的步骤，也会减少时间和资源的浪费。这对于测绘工作来说十分重要。在开始测量之前，要保证做好各方面的准备工作。将测绘地区的地理位置信息收集起来，了解施工场地的标架和标型。做好相关的准备工作，能够大大提高选点的精确性。使用GPS进行观测，有两种方式，一种是开机观测，一种是无线安置方式。与传统的测试项目有所不同，在安置GPS设备的工作中，要严格地依照之前选择的定位点。将设备安装在三脚架上，保证与定位点垂直，为了保证操作的准确性，就要使用铅锤等辅助工具。在测绘之前，要满足一定的前提条件，就是保证天线的基座与标志上方的中心点对准。在测绘的过程中，要注意变换三个不同的方向，依次固定方向，并在不同的方向上进行观测。

5.3实时动态测量

RTK技术就是实时动态测量技术，在完成这项工作时要在地面测量点安装GPS接收机，并将此作为测量点的准确点，GPS卫星接收测量信息与此点相连，这样就能实现实时获取信息内容的目标。与此同时测量的信息也能实时传递给测量流动站和中心测量站。流动测量站的任务不仅要接收GPS卫星信号，还要实时获取其他的信息。实现科学的整合所有信息，发挥GPS导航技术的优势实现对信息数据的观察和分析，测量流动站的具体坐标会上传至计算机信息系统，同时计算机信息系统也会完成各项信息的回传，这样就形成了动态的测绘参数，达到动态测绘的目标。事实上RTK的工程程序是比较清晰的，GPS技术能够观测到在视线范围之内的卫星运行状况，在传输需要的信息时，借助的是无线机械设备。流动站完成的工作是接受并加工有效的信息，并且还会将这些信息展示出来。在地震预报中GPS技术也有应用，用来研究地壳的运动，总结地震前夕的各种地形变化。

6提升GPS测绘技术在工程测绘中应用有效性的具体措施

6.1提高GPS测绘技术重视度

为从根本上提升GPS测绘技术在工程测绘中的应用有效性，相关工作人员应从提高GPS测绘技术重视度入手。①认清社会发展对工程质量及效率提出的要求，在确保自身经济利益最大化的前提下积极引进GPS测绘技术与设备[4]；②基于工程施工期间的具体特征及要求，对GPS测绘技术进行不断的完善与革新，使其更加适应工程测绘；③依据GPS测绘技术应用需求，搭建起信息通讯平台，确保测绘信息的有效传输。

6.2培养测绘人员专业技能

在将GPS测绘技术应用在工程測绘期间，相关管理部门也应将工作重点放在培养测绘人员专业技能上。一方面，针对GPS测绘技术理论知识及实际操作技能在测绘人员群体中开展教育培训活动，使其能够充分发挥出GPS测绘技术应用期间的综合效益；另一方面，构建GPS测绘技术应用管理机制，针对GPS测绘技术实际应用期间存在的局限性制定出与之相应的解决措施，采用业绩考核及奖惩机制相融合的手段，提升GPS测绘技术实际应用过程中的规范性及有效性，以获得更加精准的测绘数据，为工程稳定有序的开展奠定坚实基础。

7结束语

当前我国社会已经正式步入现代化的轨道，技术手段的更新换代速度非常快。GPS技术在工程测绘中的应用越来越广泛，制定一套合理合适的测绘方案是业内研究者关注的重点话题。GPS技术有整合、分析、计算信息的功能，最后展示信息采用的是三维模式，人们获取的信息也是三维立体坐标的形式，这让人们识别信息变得更加方便。

参考文献：

[1]张建伟.探析GPS测绘技术在工程测绘中的应用[J].现代信息科技，2017，1（05）：63-64.

[2]李建忠.GPS测绘技术在工程测绘中的应用探讨[J].建材与装饰，2017（47）：217.

[3]李宾.GPS测绘技术在工程测绘中的应用研究分析[J].科技创新导报，2017，14（33）：122-123.

[4]高坡，陶一仙.GPS测绘技术在工程测绘中的应用[J].计算机产品与流通，2017（11）：164.

[5]栗龙.工程测绘中GPS测量技术的应用[J].四川水泥，2017（11）：143.

[6]张富铭.GPS技术在工程测绘中的应用研究[J].当代化工研究，2017（07）：137-138.

[7]李凤云.GPS测绘技术在工程测绘中的应用探析[J].科技风，2017（20）：94.

[8]耿强.GPS在工程测绘中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（20）：75.

[9]季明星.GPS测绘技术在工程测绘中的应用研究[J].门窗，2017（10）：249.

（作者单位：中国水利水电第十一工程局有限公司）