GPS技术在工程测量中的运用探析

刘军

（贵州省交通科学研究院股份有限公司，贵州贵阳 550008）

随着我国社会经济发展的加快，建设项目的数量也在不断增加。GPS测量技术是一种应用广泛的技术，对测绘工作的进步和发展具有重要意义。GPS是一种基于卫星的导航系统和卫星无线电定位系统，它有很多优点，GPS测量技术不仅可以保证导航和全天候、全世界范围内的连续精确的定位，而且可以保证良好的保密性和较强的抗干扰能力，因此GPS测量技术在工程测量中得到广泛的应用，为工程的质量提供保障。

1 GPS测量技术的特点

GPS测量技术是一种全球定位系统。定位的基本原理是空间距离与固定点相交的原则，当接收机利用无线电频谱原理在规定的时间内测量接收机到三个发射站的距离时，只能以三个发射站为旋转点，以测量的距离为基础，用户接收器的空间位置可以使用距离原理计算[1]。

GPS技术测量与制图的基本特点包括以下几个方面：测绘点间不用进行通视，这个特征解决了建筑物的大地测量和制图中的一个大问题，因为这意味着测量点的选择和制图可以更灵活。但需要指出的是，测图点上空是开阔的，更有利于接收GPS卫星信号和采集测绘数据，与传统GPS定位方法相比，定位精度有明显提高。具体如下：5km内定位精度约为10~6；当定位范围扩大到100~500km时，定位精度约为10~7；当定位距离为1000km时，定位精度为10~9。如果用于300~1500m的工程定位，每小时观测数据的误差仅在1mm以内，与me-5000型测波仪测量的数据相比，误差明显。

随着科学技术的发展，GPS技术功能日益强大。在20km范围内精确定位静止目标只需15min，当参考站与每个移动站的距离在1.5km以内时，就可以对相对位置进行快速静态测量。移动站的观测可以在不到2min的时间内准确定位目标，之后可以随时定位目标，每个站的观测差在几秒之内，一方面，测量和测绘通常是自动进行的，工作人员可以进行测地和测图任务，前提是按照简单的作业要求进行研究和测绘；另一方面，GPS主要提供三维坐标，以准确识别有关观测点。

2 GPS的原理和优势

2.1 GPS的原理

GPS技术主要通过卫星发射信号，根据卫星在轨道上的不同定位进行分布。GPS是一种可以定时与测距的定点导航系统，能为用户提供高精度、高实时性及连续性的三维位置同时还可测定三维速度和时间信息。GPS系统主要由空间段、控制段、用户段3个部分组成，其运行原理主要是卫星发射出测距信号及导航电文，用户利用设置的GPS信号接收机同时接收3个以上GPS卫星信号，准确定位测站点与3个以上卫星间的距离，并计算此时卫星的空间位置坐标，再利用距离交会法解析计算测站点的位置坐标，进而完成测量工作。

2.2 GPS的优势

首先，精度较高。GPS可以通过伪距法、载波相位测量和差分GPS定位等，处理系统内差分观测值，利用4个以上卫星相位观测值的跟踪及相关的几何图形就可以进行厘米级的定位，并且点与点之间相互独立，没有误差。所以这种测量技术适用于布设施工控制网及线路控制点的测量比较快的工程。

其次，操作便捷。传统的工程测量主要利用三角网、导线网等方法，这些方法要求点间通视且精度不足。GPS测量技术的应用能够对观测站平面位置和观测站的大地高程进行精确定位。另外，GPS技术中的实时动态差分法自动化能力较强，只需对GPS信号接收机精确定位并将数据处理设备进行连接，便可进行测量工作，操作简便快捷。在进行实际测量时合一对观测的点进行灵活的选择，并对观测的间距进行控制，提高观测数据的精确度，减少测量作业人员和工作量，节约投入成本。

最后，连续性好。GPS测量技术受自然环境因素影响较小，在测量条件满足要求的前提下可进行连续性观测，不受时间限制。GPS测量技术能够在地形复杂、地物障碍较多地区进行快速、高精度的定位作业，减少测量工作量，极大地缩短建筑工程测量时间。

3 GPS技术的应用方法

3.1 GPS静态和动态定位

静态相关技术主要由两个以上的接收机组成，用于卫星信号的接收和处理，精确计算控制点的坐标，以及计算其他测量点相对于某一给定点的位置点。这个该技术广泛应用于测量范围及其测量精度，而且准确度很高。GIS技术是一种新兴的科学，汇集了环境科学、制图和遥感、空间科学和计算机科学等学科，不仅能够收集、储存和管理地理数据。此外，还可以根据测量需要对数据库中存储的信息进行处理，从而提高效率。图表工程测量和加速设计进度。在地形、地面位置，大隧道、高速公路测量中，由于距离远、数量少，需要在现场确定一些控制点。采用传统的测量方法，工程研究难度大，不能准确工程测绘的要求。采用GPS测量技术后，可以避免这些问题，并充分利用高精度控制网的性能，数万公里的测量误差小于2em，另外GPS测量技术也可用于桥梁和隧道技术，以获得高分辨率的成像信息[2]。

对于全球定位系统动态测量技术根据加速度、位置、反射物体的时间等参数实时测量移动物体的信息。相对于静态全球定位系统的相对定位，它使用固定接收机作为参考，而其他接收机正在移动并且是站动机计算两个站之间的信号距离，以确定每个流站的位移和坐标。动态全球定位系统测量产生的差分数据目前正在处理中，通常是实时的和与实相关的。处理数据在采集测量信息之后，测量数据由参考站实时的传输，并且在处理后形成数据链。比较滞后数据测量数据而言在获得后没有及时传输，而位置处理数据往往也是如此。西方发达国家，动态全球定位系统的定位技术目前得到更多的利用，效果也更好。而我国这些领域的技术尚未得到充分发展，需要不断改进和发展。

3.2 摄影和数字化测量技术的应用

所谓的摄影测量技术实际上是通过摄影获取关于物体信息的一种技术，随着科学和技术的发展，目前的摄影测量技术已成为数子化摄影制图的一个阶段，这主要包括利用图像处理和计算机技术进行图像制图，并将大量外部测量数据进行传送。这种技术不仅非常精确，而且非常迅速，在某些人口稠密地区，使用这种技术可以有效绘制大面积地图，为城市建设和城市规划等提供良好指导[4]。摄影测量技术在地形工程中的应用大大提高工程测量的精确度及加快其速度，同时也提高测量的质量及加快其速度，节省了大量的人力和财政资源以及建筑费用。

数字化制图技术的应用，我国数字制图技术的应用得到发展。传统绘制地形图和工程图需要大量的人力和物力资源，而且施工环境很困难，由于地图的长度和形态的变化，很难适应不断变化的城市建筑和现代工程的需要。数字制图技术的应用，有效地将数据收集与数字制图结合起来，它们形成一个包括从外部到内部的数据处理和制图的自动化制图系统，它不仅使制图自动化，减少制图的困难，它还建立专门数据库和基本地理信息系统。

3.3 RTK技术和虚拟现实技术的运用

实时动态（RTK）定位技术以GPS测量技术为基础发展而成的，在工程测绘、地理测绘、房地产工程测绘中应用较多，也发挥着重要作用。实时动态定位系统主要构成部分包括基准站、流动站等，通过打造无线数据通信能够完成实时动态测量，测量模式包括快速静态定位、动态定位等。进行工程测量时，需要有机结合这两种定位模式，并做好工程勘测样、监理等前端数据采集工作。在地理与房地产测绘中应用实时动态定位技术时，在实时测量建设用地以后，对位置进行测定，从而将土地使用范围确定下来，并计算用地面积。在采用实时动态定位技术以后，能够解决常规解析法的复杂性，让建设用地勘测程序得到简化，实现检测速度与精度的提升，为测绘的质量与效率提供可靠的保障[3]。

就传统的地形测量而言，测量主要是通过人工操作进行的，这就无法更好地控制数据的问题。全球定位系统测量技术的创新，可将虚拟现实技术应用于工程制图，利用全球定位系统的计算机平台作为平台，创建具有现实性、互动性等特点的虚拟工程绘图环境，全面描述绘图的实际环境。在应用虚拟技术的过程中，可以在计算机中通过三维图像将工程测绘流程表现出来，对工程的效率和质量加以保障。

4 结语

综上所述，GPS技术操作简单、测量准确度高、可靠性强。将全球定位系统测量技术应用于工程中的测量，可确保工程建设的精确度和安全性得到提高。GPS在工程测量的应用中可以极大的减少误差。工程测量可以根据实际情况合理选择测量方法以及通过积极利用其他国家的知识和经验，继续改进全球定位系统测量技术的应用以及最先进的测量技术的使用，有助于不断提高国家的建筑质量。