工程測量中GPS測量技術的運用

卓鎮權

摘要：21世紀屬于一個信息化的世界，經濟的發展使得測繪產業技術也相應有所提高。工程測量是一門研究各類工程建設在勘測設計、施工建設以及運行管理全過程、全方位的測量工作的科學技術，其中GPS測量技術具有測量精度高、定位準確、測量時間短等特點，GPS測量技術越來越廣泛地應用在工程測量中，GPS測量技術在工程測量的也發揮著越來越重要的作用。本文就GPS系統概述、技術特點及其在工程測量中的應用對GPS測量技術的運用進行了分析。

關鍵詞：工程測量 GPS測量技術 應用

中圖分類號： P216 文獻標識碼： A

1、GPS系統概述

GPS全球定位系統具有觀測簡便、定位精度高等特性，因此在工程勘測領域方面有著廣泛的應用前景。隨著人們對GPS認識的加深，GPS系統的應用越來越廣泛，GPS在公路工程測量中的應用，對高等級公路的勘測手段和作業方法產生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率，隨著科學的發展，GPS將在公路勘測、施工和后期養護、管理方面有著廣闊的應用前景。我國引進GPS定位技術時間比較短，掌握的定位技術還不是很成熟，尤其在工程勘測方面更是如此，因此研究GPS測量技術在工程測量中的應用有重要意義。GPS全球定位系統主要由空間衛星群、地面監控系統和衛星接收設備組成。24顆20萬公里高的衛星組成空間衛星群，均勻地分布在地球的6個軌道面上，每顆衛星的運行周期是11小時58分鐘，這樣的空間衛星群可以使地面的上監控系統隨時隨地同時接收4～11顆衛星發出的信號，保證了全球性、全天候、連續精密濕濕的三維導航和定位能力。

2、GPS測量的技術特點

2.1、自動化水平較高

如今的GPS測量技術的自動化水平非常高，測量人在測量工作開始的時候調整電線，就可以達到GPS接收設備自動檢測的目的。在接收到衛星發送的信號之后，數據處理軟件就可以實時地處理數據獲得測量點的精確三維坐標。

2.2、全天候工作

由于空間衛星群均勻地分布在了地球的6個軌道面上，地球面被連續全面地覆蓋，因此應用GPS測量技術可以在任何時間、任何地點進行測量工作，并且現代的GPS衛星定位裝置和接收機都有防水功能，所以GPS測量技術基本不受天氣的影響。

2.3、觀測時間短

采用GPS布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在30-40分鐘左右，采用快速靜態定位方法，觀測時間更短。進行GPS測量時，靜態相對定位每站僅需20min左右，動態相對定位僅需幾秒鐘。例如使用Timble4800GPS接收機的RTK法可在5s以內求得測點坐標。

2.4、操作簡便

GPS與計算機、其他測量儀器通信方便，對作業條件要求不高，數據輸入、處理、存儲能力強，自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數，接收機即可進行自動觀測和記錄。

2.5、綜合測繪能力強，作業集成度高

綜合測繪能力強，作業集成度高，易實現自動化，可勝任各種測繪內、外業。在作業時無需人工干預便可進行整周未知數的動態初始化解算，使輔助測量工作極大減少，作業精度也完全由它來控制、記錄，從而使自動化作業指揮系統的建立成為可能。

3、GPS在工程測量中的應用

工程測量主要應用了GPS的兩大功能：靜態功能和動態功能。靜態功能是通過接收到的衛星信息，確定地面某點的三維坐標；動態功能是通過衛星系統，把已知的三維坐標點位，實地放樣地面上。利用GPS靜態定位技術和動態定位技術相結合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制測量。當前，用GPS靜態或快速靜態方法建立沿線總體控制測量，為勘測階段測繪帶狀地形圖、路線平面、縱橫斷面測量提供依據；在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網。

3.1、變形監測

像水庫大壩、大橋、高層大樓等建筑物、構筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況，都可以進行變形監測。監測工作的特點是被監測體的幾何尺寸巨大，監測環境復雜，監測技術要求高。常規的監測技術是應用水準測量的方法，監測地基的沉降；應用三角測量(或角度交會)的方法，監測地基的位移和整體的傾斜。GPS技術在該領域有廣泛的應用。我們在坑口塘水庫大壩變形監測中建立高精度GPS監測網，最后得出毫米級精度的絕對平面位移與相對垂直監測數據；最后用TCAl800全站儀(1mm測距精度的自動照準精密型全站儀)進行檢測比對，實踐證明GPS測量完全可以取代高精度邊角網測量。這樣給我們啟示：在不低于二等精度的GPS控制網，應用在短邊監測網如水庫大壩監測中，完全可以替代常規邊、角監測網，而且可以取得毫米級甚至亞毫米級精度的絕對平面位移與相對垂直監測數據；在有條件(解決多路徑效應，如采用扼流圈天線)的情況下，小范圍內以大地高取代高精度的水準測量的正常高也是有可能的。

3.2、實時動態（RTK）定位技術

實時動態（RTK）定位技術在公路工程中有廣闊的應用前景，是GPS測量技術發展的一個新突破。實時動態定位（RTK）系統由基準站和流動站組成，實時動態（RTK）定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監理和GIS（地理信息系統）前端數據采集?？焖凫o態定位模式一般應用在控制測量中，如控制網加密工作。

RTK技術系統用戶主要包括三個部分：基準站、流動站和數據鏈。其作業原理是：基準站接收機架設在已知或未知坐標的參考點上，連續接收所有可視GPS衛星信號，基準站將測站點坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值、衛星跟蹤狀態和接收機工作狀態等通過無線數據鏈發送給流動站，流動站先進行初始化，完成整周未知數的搜索求解后，進入動態作業。流動站在接收來自基準站的數據時，同步觀測采集GPS衛星載波相位數據，通過系統內差分處理求解載波相位整周模糊度，根據基準站和流動站的相關性，得出流動站的三維平面坐標。

3.3、靜態GPS相對定位的應用

靜態GPS相對定位是指通過兩臺或者兩臺以上的地面接收機同時接收衛星發送的信號，經過數據處理軟件進行數據處理，獲得測量點精確的三維坐標，并且可以根據其中一點的坐標，精確計算出其他點的坐標。靜態GPS相對定位技術具有很高的計算精度，最適合應用在野外的測量工程中。

靜態GPS相對定位測量技術在我國的公路工程測量中發揮了巨大的作用。在高速公路的建設中，需要對線路的勘探有著很高的精度，高速公路綿延數千里，需要進行測量的點數不勝數，常規的工程測量方式和手段，不能滿足高速公路工程高精度的測量要求，給我國的公路工程帶來很多麻煩，靜態GPS相對定位測量技術正好解決了這一難題。

3.4建立工程控制網

采用GPS定位的方法建立工程控制網，具有點位選擇限制少，作業時間短，成果精度高，工程費用低等優點?？蓱糜诮⒐こ淌准壙刂凭W，變形監測控制網，工礦施工控制網，工程勘探、施工控制網，隧道等地下工程控制網，等等。

結束語：如今GPS技術的應用研究在不斷深入，加上GPS技術本身具有觀測時間短、精度高、測站間不需要通視和全天候作業等優點，使得三維坐標的測定變得簡單，也已經廣泛應用于工程建設領域中。GPS測量通過接收衛星發射的信號和進行數據處理，因此具有良好的干擾性和保密性。雖然GPS也具有一些缺點，但是相信隨著科學的發展，GPS技術將具有更加廣闊的應用前景。

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