GPS技术在工程测量的应用

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【摘　要】GPS RTK作为一种新型的测量技术,凭借其多方面的优越性,必将在测量领域尤其是在工程测量方面受到广泛的青睐与应用.本文笔者根据多年从事测量工作经验,对GPS技术在工程测量的应用进行简要分析.

【关 键 词 】GPS；RTK；测量；放样；应用

1.GPS定位系统的组成、定位原理

GPS(全球定位系统)为美国第二代卫星导航系统.GPS定位系统由卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面部分)、GPS接收机(用户设备部分)组成.星座由24颗卫星组成,其中2l颗GPS工作卫星,3颗备用卫星,大致均匀分布在6个近似圆的轨道面上,地面监控系统是整个系统的中枢,由5个监测站、1个主控站、3个注入站组成.

分布在美国本土和科罗拉多以及三大洋的美国军事基地,它主要的功能是:完成对GFS卫星信号的实时监测,向每颗卫星提供其编写并播发的导航电文,包括卫星星历(即一系列描述卫星运动及其轨道参数的数据)、卫星钟差和大气修正参数等,GPS接收机是能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备,由主机、天线和电源组成.GPS卫星发送的导航定位信号即GPS信号,是一种全球共享的信息资源.各类用户,在任何地点、任何气候、任何时刻均可用GPS接收机接收信号,进行导航定位测量.

GPS定位原理,类似于传统的后方交会.如果已知空间GPS卫星的瞬时位置,若仅确定测站点的三维则GPS接收机只要接收到3颗GPS卫星所发射的信号,即测得卫星到测站点的几何距离,就可根据后方交会原理,确定出测站点的三维坐标.

由于造价的原因,GPS接受机中的时钟精度有限,与GPS时间相比有较大的偏差,因而需要将这一时间作为待定参数,与待定空间参数一并求解,故最少需要观测4颗GPS卫星.由于各种偏差的存在,GPS接收机根据接收信号所确定的量不是上述的几何距离,而是带有一定偏差的伪几何距离,即伪距.由于伪距是通过测码或测相而确定的,因此,作为GPS的基本观测值,一般是指测码伪距和测相伪距(载波相位).

2.GPS技术在工程测量中的应用

2.1建立工程控制网

工程控制网是工程建设、管理和维护的基础.其网型和精度要求与工程项目的性质、规模密切相关.一般地,工程控制网覆盖面积小、点位密度大、精度要求高.用常规的方法,多采用边角网.

采用GPS定位的方法建立工程控制网,具有点位选择限制少、作业时间短、成果精度高、工程费用低等优点.可应用于建立工程首级控制网,变形监测控制网,工矿施工控制网,工程勘探、施工控制网,隧道等地下工程控制网等.应用GPS技术建立控制网,通常采用载波相位静态差分技术,以保证达到毫米级精度.应用GPS技术建立道路勘探、施工控制网和隧道工程控制网等具有显著的优势.道路勘探、施工控制网,具有横向很窄、纵向很长的特点.采用传统的三角锁、导线方案,多数需要分段实施,以避免误差积累过大.采用GPS技术,由于点与点之间不需要通视,可以敷设很长的GPS点构成的三角锁,以保持长距离线路坐标控制的一致性.

2.2变形监测

变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况.监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大,监测环境复杂,监测技术要求高.常规的监测技术是应用水准测量的方法,监测地基的沉降,应用三角测量(或角度交会)的方法,监测地基的位移和整体的倾斜.GPS技术在该领域有广泛的应用.

2.3带RTK的碎部测量与放样

RTK(RealTimeKinematic)技术,即载波相位差分技术,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法.RTK系统由两部分组成:基准站(坐标已知)和移动站(用户接收机).其基本原理是:将基准站采集的载波相位发送给用户,用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标.RTK技术可应用于测绘地形图、地籍图,测绘房地产的界址点,平面位置的施工放样等.采用RTK技术测图时仅需一人进行.将GPS接收机放在待定的特征点上1、2s,同时输入该特征点的编码即可.把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机,由专业成图软件、在人工适当的干预下,形成所要的成果图.采用RTK技术进行放样,标定界标点,是坐标的直接标定,不象常规放样那样,需要后视方向、用解析法标定,因而简捷易行.

2.4区域差分网下的碎部测量与放样

区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样,是基于区域GPS差分网进行的.区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似,不同的是区域差分的基准站往往多于1个,多基准站组成基准网,基准网提供各个基准站的差分信息,用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权,按非等权平差后形成自己的差分改正数,实现差分定位.

3.GPS测量应注意的问题

工程的实施充分体现了GPS测量的优越性,但在工程施工和后续工程的建设中也暴露出了一些问题.针对这些问题及GPS测量中应注意的事项总结如下:

（1）和常规仪器进行的控制测量一样,无论使用静态GPS或者动态GPS进行控制测量,应首先复核起算基准点的精度,起算点应为高等级的控制点,并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布.

当使用动态GPS进行观测时,基准站的精度要经过3～5个高等级控制点的连测、复核,确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度.

（2）大量的工程事例证明,虽然GPS高程测量能够达到一定的精度,但GPS施测的市政工程测量控制点,应进一步用常规仪器进行水准连测,保证高程精度满足市政工程建设的需要.

（3）GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度.由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号,经过数据处理而得到点位坐标(包括高程)的,因此任何可能影响信号接收的情况发生时,所测定的点位坐标都可能产生误差.为此,在选择测量点位时应注意以下几点:

①点位视野开阔,向45°视角范围内没有任何障碍物.

②远离大功率无线电发射源,间距≮400m,远离高压输电线路,间距≮200m.

③远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体,并尽量避开大面积的水域.

④GPS测量更适用于视野开阔、无不良障碍物的新区建设和野外勘探定位等.在老城区的建设中,使用GPS测量,或者根本接收不到信号,或者虽接收到信号,但一直处于浮动状态,不能固定,或者出现假固定,要么根本不能读出数据,要么虽读出了数据,但往往误差较大,这样做既无效率,又无精度,根本显示不了GPS的优越性.GPS测量成果与常规测量成果之间,不同型号GPS测量成果之间存在误差,有时误差还比较大.在以后的工作中,需要做进一步的探讨.

4.结语

GPS技术具有精度高、观测时间短、测站间不需要通视和全天候作业等优点,使得三维坐标的测定变得简单,因此,该技术除应用于航天、航海等领域外,已广泛应用于工程测量的建立工程测量控制网、RTK下的碎部测量与放样、区域差分系统下碎部测量与放样以及变形监测建的各个领域,同时GPS技术也有一些缺点.但随着科学的发展,GPS技术将具有更广阔的应用前景.

【参考文献】

［１］景维立．GPS网络RTK技术及其应用[J]．四川测绘,2005．

［２］李征航．GPS技术的最新进展．测绘信息与工程[J]．2002．

［３］张晓明,高旭光．浅谈GPS RTK测量技术的应用[J]．合肥工业大学学报,2004．