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GPS测量技术及其在工程测量中的应用

作者：王延夫

来源：《城市建设理论研究》2014年第10期

【摘要】GPS（GIobaI Positioning System）即全球定位系统，是美国历时20年，耗资200亿美元，于1994年建立的全球卫星导航定位系统，是美国国防部为满足军事部门对陆地、海上和空中设施进行高精度定位和导航的要求而研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，可以为各类用户提供精密的三维坐标。本文介绍了GPS测量技术的组成和特点，并探讨了它在工程测量领域的应用。 【关键词】GPS测量技术 工程测量 组成 应用 中图分类号：O353文献标识码： A 一、GPS技术的组成和原理 1、GPS技术的组成

GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成。地面监控系统由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。测量用户还有卫星接收设备，由GPS接收机和卫星天线组成，并与对应的气象仪器的计算机等设备，它主要用于接收GPS卫星信号，使用卫星信号进行导航定位。随着时代的进步，现代科学技术和全球定位系统的不断成熟，体积小，重量轻，便于携带的GPS定位设备，在工程勘察领域占据越来越重要的地位，民用的定位精度可达10米内。三个部分具有独立的功能和作用，又通过有机结合形成完整系统。 2、GPS技术的工作原理

GPS系统采用的是一种距离交会的定位系统。GPS 系统的测量原理比较简单，它利用高轨测距体制，将空间卫星和测量地点之间的距离作为基础的观测量，然后对相关的观测数据进行测量。一般情况下，我们会采用载波相位测量和伪距测量这两种方法，来获取相关的观测量。其中伪距测量按照接收设备所接收的卫星信号来对观测站和空间卫星之间的距离进行计算测量，从而使得人们得到基本的观测量。但是在实际应用的过程中这种方法，存在着较大的测量误差，这就容易造成 GPS 空间卫星和接收设备的一致性，因此目前在对 GPS 测量的过程中我们很少采用这种方法来进行测量。而载波相位测量则是通过对 GPS 卫星载波信号传播路径的测量信号传播的路径进行确定。这种方法和伪距测量的数据相比，载波相位测量法的精确度要高出很多，因此在当前工程测量过程中载波相位测量法应用得十分的广泛。 二、GPS技术的特点 1、提供精度高的三维坐标

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GPS 测量技术可以为测量点提供精确的三维坐标，满足各种测量工程的要求，测量精度远远高于普通的测量精度，在小于 50km 的基线上，定位精度可以达到 1×10-6 ，在 100-500km 的基线范围内，定位精度可以达到 1×10-8，实验证明，基线越长，GPS 测量技术的定位精度越高。另外， GPS 测量技术不受地形地势等环境因素的影响，可以满足测量工程的需要，故其适用于各种测量工程。

2、不受天气影响并全天候进行工作

GPS 测量技术是对经典测量技术的一次重大突破， GPS 观测可在任何时间、任何地点进行，通常情况下，除雷雨天气不宜观测外，一般不受天气状况的影响。 3、测站之间不需要相互通视

常规的测量方法要求观测点之间要通视，使得观测点的选择受到工程条件的制约，有时会增加工作量、降低测量精通视度，观测点的选择更加灵活 。采用 GPS 测量技术，不用考虑观测点之间是否有阻碍。

4、GPS 测量技术的自动化程度较高

GPS 用户设备的发展已趋向小型化、操作简单化，观测人员只需调整天线的位置，量取天线的高度，打开电源即可进行自动观测，之后应用数据处理软件对数据进行处理，即可得到观测点的坐标，其他的观测工作均由机器自动完成，操作方法向便捷化发展。 三、GPS技术在工程测量中应用 1、动态功能和静态功能

工程测量主要应用了 GPS 的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。静态 GPS 相对定位技术具有很高的计算精度，适合应用在野外的测量工程中动态定位动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面测量等工作。且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。

2、GPS 测量技术在放线方面的应用

GPS 测量技术在放线方面的应用在进行各种工程建设及施工中，建筑物的轴线基本是由直线、圆线、缓和曲线、抛物线等组成。在施工过程中建筑物的轴线往往不能与勘测期间大地坐标系的坐标轴相平行（或垂直），导致在大地坐标系中进行设计建筑物坐标的计算比较麻烦。因此，现场测量人员往往根据实际情况建立坐标系，使坐标系的 N 轴与建筑物的中心轴线平行或重合，为统一坐标，还需将大地坐标系转化成为施工坐标系，通常利用解析法进行 CAD

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图上量取的方法进行坐标的转换。根据设计图纸的河道中心线数据点，应用 CAD 专业绘图软件将中心线数据转换成点距和线的图形文件，并且根据中心线在软件内预放河道底宽线和矩形开挖开口线的平面位置，经过反复演算，确定数据的准确性。将校核后的数据算出平面位置坐标，放置施工现场，不同线位采用不同颜色的测量标旗进行区分。 3、实时动态（RTK）定位技术

实时动态（RTK）定位技术简介实时动态（RTK）定位技术是 GPS 测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。众所周知，无论静态定位，还是准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了 GPS 测量的工作效率。实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置1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。这样用户就可以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，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。 四、结语

综上所述，随着科学技术的不断发展，GPS 技术也在不断的进行完善，与传统的测量技术相比较，GPS 测量技术更具有优越性，它在实际应用的过程中，GPS 测量技术不仅有着较高的工作效率，还有效的提高了工程测量的精度和准确性，使提高了工程测量工作的质量。当然以后人们还要在实践过程中，对 GPS 测量技术还要进行不断的改进和完善，尽可能的将 GPS 测量技术的使用价值最大化，为我们的工程测量服务。 参考文献：

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[2]赵凯.GPS 系统在房屋工程控制测量中的应用技术浅析[J].中小企业管理与科技(上旬刊)，2011(4)

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[4]马捷，提高 GPS 测点精度和可靠性的探讨[J]，中州煤炭，2006（02） [3]王丽君. GPS RTK 测量关键技术分析及在辽阳某工业区测量案例研究[J]. 科技资讯. 2011(06)