| 标题 | GPS在工程测量中的应用 |
| 范文 | 杨冬梅 杨永 摘要 GPS测量具有高精度、高效率的优点，在测量领域得到了广泛的应用。本文介绍了GPS系统的构成，分析了GPS系统的特点，并对其在工程测量中的实际应用进行了综述。 关键词 GPS；工程测量；RTK 中图分类号TU198 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0115-02 全球定位系统（Global Positioning System）是美国国防部研制的借助于分布在空中的多个GPS卫星确定地面点位置的种新型定位系统。由于其具有自动化程度高、全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能等独特的优点，GPS已经广泛应用于工程测量方面，包括大地测量、航空摄影测量、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科。 1GPS构成 1.1 空间部分 GPS由位于距地表20200km的上空的21颗工作卫星和3颗备用卫星构成其空间部分，每4 颗一个轨道面，共6个轨道面，轨道倾角55°。因此，人们可以在全球任何地方、任何时间借助卫星的分布特点观测到4 颗以上的卫星，从而获得卫星中的导航信息。 1.2 地面控制系统 主控制站（Master Monitor Station）、监测站（Monitor Station）和地面天线（Ground Antenna）共同组成了GPS的地面控制系统。其主控制站设在美国科罗拉多州春田市（Colorado Spring）。地面控制站的作用为收集卫星传回的信息，并对相对距离、卫星星历、大气校正等数据进行计算。 1.3 用户设备部分 用户设备部分就是GPS信号接收机。信号接收机的功能是捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并对这些卫星的运行进行跟踪。接收机通过捕获到跟踪卫星的信号，测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，对卫星轨道参数等数据进行解调。根据解调的数据，接收机中的微处理计算机按定位解算方法进行定位计算，获得用户所在地理位置的高度、经纬度、时间、速度等准确信息。完整的GPS用户设备包括接收机硬件、机内软件以及GPS数据的后处理软件包。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。 2 GPS系统的特点 2.1 测量精度高 实践证明，GPS的50km、100 km~500 km和1 000 km相对定位精度分别为：10m~6m、10m~7m、10m~9m。在300m~1 500m工程精密定位中，GPS系统能保证1小时以上观测平面位置误差小于1mm，测得结果与ME-5000电磁波测距仪测边长比较，较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。 2.2 测站间无需通视 GPS的应用，使得工程实际选点工作更加灵活方便。测站上必须开阔才能使接收GPS卫星信号不受干扰。 2.3观测时间短 20 km以内相对静态定位，能在15min~20min内完成；快速静态相对定位测量时，流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间仅1min~2min，然后可随时定位，每站观测甚至只需短短几秒钟。 2.4 仪器操作简便 GPS接收机自动化程度已经越来越高，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录，之后利用其自带的数据处理软件对数据进行处理以获得测点三维坐标。卫星的捕获，跟踪观测等均可由仪器自动完成。 2.5 全天候作业 GPS卫星数目多且分布均匀，因此可保证在任何时间、任何地点的连续观测，几乎不受天气状况的影响。 2.6 提供三维坐标 GPS测量可对测站点的三维坐标精确测定，其高程精度可满足四等水准测量的要求。既可精确测定观测站平面位置，也可对观测站的大地高程进行准确测定。 3 GPS在工程测量中的应用 3.1 GPS测量技术在公路测量的应用 常规静态GPS测量方式已在公路工程测量中普遍应用。用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地图，路线平面、纵面测量提供依据。当施工阶段为桥梁时，隧道施工建立施工控网；在公路工程中的应用主要在：公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集等方面，提高了工作效率的同时也产生了经济效益。GPS在公路勘测中的广泛应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变化，勘测精度和勘测效率都有极大的提高。随着实时动态测量技术（GPS-RTK）的发展，实时动态测量技术在公路测量中的应用也逐渐增多，并朝着公路工程测量的主要方向发展，今后定将在公路勘测、施工、后期养护和管理方面有广阔的应用前景。 3.2 GPS技术在工程变形监测中的应用 GPS技术的不断完善使得GPS技术代替了原有的三角、三边、边角等方法的烦琐工作，提高了工作效率，成为当今极为重要的监测手段之一。根据被监测对象的变形特点、监测精度要求等因素，GPS变形监测的方式和数据处理方法也有所不同。总体来讲，GPS技术用于变形监测领域，主要有周期性重复测量、固定连续GPS阵列（GPS一机多天线技术）和实时动态监测（GPS-RTK）三种应用模式。前两种模式适用于缓慢变形，一般采用静态相对定位方式进行数据处理。实时动态监测多适用于快速变形或在缓慢变形中存在突变的变形。GPS在工程变形监测领域的应用主要在建（构）筑物变形监测中的应用。GPS定位技术在建（构）筑物变形监测中的应用涵盖范围非常广泛，包括各类工业与民用建（构）筑物，道路与桥梁工程、水利水电工程、特殊精密工程等。 3.3 GPS-RTK技术在工程测量中的应用 实时动态（RTK）是指载波相位实时动态差分定位（Real- Time Kine-matic）方法，它是GPS的新发展，为工程放样、地形测图等工作带来了新契机，提高了作业效率，在工程测量中有着广阔的应用前景。实时动态（RTK）能有效的克服静态定位、准动态定位等定位模式存在的数据处理滞后、无法实时解算出定位结果、无法及时对观测数据进行检核等一系列缺点，有效保障观测数据的质量。基准站和流动站共同组成了实时动态定位（RTK）系统，其效果保证是无线数据通讯的建立。实时动态监测的原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度，RTK通过实时处理能达到厘米级精度。工程人员通过实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，依据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少多余观测，提高工作效率。勘测、施工放样、GIS前端数据采集和监理等工作中动态定位都将产生巨大的应用价值。 4 结论 在工程测量领域中，GPS定位技术自身独特而强大的功能，充分显示了它在实际测量工作中的优越性和适应性。随着GPS技术的飞速发展和普及， GPS定位技术将在工程测量中得到更加广泛的应用。 参考文献 [1]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003. [2]周建郑.GPS测量定位技术[M].北京：化学工业出版社，2004. [3]胡伍生，等.GPS测量原理及其应用[M].北京：人民交通出版社，2002. |
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