简析市政工程全球定位体系(GPS)在市政工程测量中运用

论文导读：工和运营管理各阶段的需要所进行的测量工作。市政工程测量是在城市测量控制网和城市大比例尺地形图的基础上进行，各项市政工程的主要轴线点位，应采用城市的统一坐标和高程系统。城市道路网是城市平面布局的骨架，市政工程的用地范围，常以规划道路中线为依据来确定。规划道路中线的定线测量和以中线为依据确定建筑用地界址的拨
摘要：GPS全球定位系统（Global Positioning System）在市政工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。本文在分析GPS测量系统工作原理的基础上，分别对其在市政公路测量和市政电力测量中的应用展开分析，并提出注意事项。
关键词：全球定位系统；市政工程测量；公路；电力
1 引言
市政工程测量是指为城市各项公用设施的设计、施工、竣工和运营管理各阶段的需要所进行的测量工作。市政工程测量是在城市测量控制网和城市大比例尺地形图的基础上进行，各项市政工程的主要轴线点位，应采用城市的统一坐标和高程系统。城市道路网是城市平面布局的骨架，市政工程的用地范围，常以规划道路中线为依据来确定。规划道路中线的定线测量和以中线为依据确定建筑用地界址的拨地测量是市政工程测量的先行工序。GPS全球定位系统（Global Positioning System）在市政工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。
2 工作原理
全球定位系统（Global Positioning System）是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS展现了极其广泛的应用前景。
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻同时接收了3颗（A、B、C）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS 卫星的距离SAP、ABP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得P点的维坐标（Xp，Yp，Zp），其数学式为：
SAP2=〔(Xp-XA)2+(Yp-YA)2+(Zp+ZA)2〕
SBP2=〔(Xp-XB)2+(Yp-YB)2+(Zp+ZB)2〕
SCP2=〔(Xp-XC)2+(Yp-YC)2+(Zp+ZC)2〕
式中（XA、YA、ZA），（XB、YB、ZB），（XC、YC、ZC） 分别为卫星A、B、C在时刻 ti 的空间直角坐标。在 GPS 测量中通常采用两类坐标系统，一类是空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。（如：WGS-84 世界大地坐标系和 1980 年西安大地坐标系。）在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测结果，因此在测量中被得到了广泛的应用。
3 GPS 在市政工程测量中的应用探讨

3.1 GPS在市政公路测量中的应用

随着公路等级的提高，对公路测量提出更高的要求。一般可以根据测区范围的大小和测量仪器的精度高低，将公路勘测分为传统公路勘测和现代公路勘测。所谓传统公路勘测，是指用普通测量仪器 （经纬仪、测距仪、水准仪等） 所从事的路线勘测，即现场选定路线交点和转点，然后布置中线，进而完成整个路线勘测工作。现代公路勘测，是指用精密测量仪器（GPS、全站仪、水准仪等）所从事的路线勘测，采用的是纸上定线法。随着GPS定位技术，特别是实时GPS动态定位技术在公路勘测中的应用，公路勘测作业流程的改革已进入可行阶段，一次性外业测量完成工作目标变成可能，从而大为减轻测量作业人员的劳动强度。这种作业方式的显著特点是测量精度高，工作流程少，作业效率高。一般用于测区范围较大、必须考虑地球曲率影响的公路测设。在实际测量时，具体的作业方法如下：采用两台（或两台以上）接收机，分别安置在一条（或数条）基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按GPS测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段长度根据测量等级确定。
在采用GPS对公路进行测量时，特别要注意以下技术问题：
1）当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接通电源，启动接收机。2）开机论文导读：
后接收机有关指示显示正常并通过自检后，方能输入有关测站和时段控制信息。3）接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。4） 一个时段观测过程中，不允许进行以下操作：关闭又重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。

3.2 GPS在市政电力工程测量中的应用

电力工程测量是市政电力工程建设中一项重要的内容，按照其作业服务对象一般分为厂站工程测量、送电工程测量及施工工程测量等内容。电力工程测量既具有一般工程测量作业特点，又具有其独特的行业特点，主要表现在：
1）虽然一般厂区的建设面积不大，但是其有很多附属设施，如电厂有除灰管线系统、取排水系统、输变电系统、铁路运输系统等等；而所有这些系统都不是独立的，都和外界有着千丝万缕的联系，都要和城建规划系统、国家坐标高程系统联系在一起。2）厂区控制测量对内部精度要求比较高，特别是要能满足设备安装时施工放样测量的要求，比如平面控制要求为：对于厂区平面控制网的坐标系统，主测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km。利用GPS技术可以很方便快捷的实现对电力工程厂区内的测量，主要测量技术步骤如下：
①方格网的设计，既要满足将来施工放样的需要，同时要保证方格网的边要与主建筑物平行，还要考虑到施工过程中临时建筑和道路的影响，防止在施工过程中受到破坏；[3]以往方格网的设计是以总平面图为基础，以主厂房为主线作为控制因素，桩位的位置在总平面图上不易直观反映且可能在施工过程中受到影响；如果采用在CAD下应用总平面图并结合施工单位的实际需求，将能合理策划方格网的边长和位置，方便直观地获知方格网点位置坐标摘自：本科毕业论文致谢词www.7ctime.com
。
②放样方格网点位置在埋设桩位过程中要得到确定，防止调整桩位坐标位置时偏离出桩位。结合已经成熟的GPS技术和3D技术，在精确获得桩位中心坐标的前提下，在CAD下精确获取各方格网点的调整数据，然后再用高精度全站仪进行放样调整方格网点，将会提高调整方格网点满足精度要求的准确性。
③应用GPS快速静态测量技术配合全站仪进行方格网直线度限差的检验，再用全站仪随机抽检部分直线角，然后比较和GPS 快速静态测量角度的差值来推算判定整个方格网的精度情况将会大大提高作业效率和减轻劳动强度。

3.3 GPS 静态观测

GPS 静态观测需要3台以上 GPS 接收机同时接收GPS卫星信号，观测数据记录使用数据存储卡采集或接收机内部存储器直接记录，设置截止高度角（即卫星屏蔽角）不小于15°，星历采样间隔设置为10秒，每个同步环施测1个时段，每个时段观测时间为45分种，每站各时段接收最少卫星数最少为6颗，平均重复设站数不小于

1.6，最大几何稀释度（PDOP 值）小于6。

3.4 GPS动态测量（RTK测量）

RTK测量技术利用基准站接受机对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备（电台），实时发送给用户流动观测站。在流动观测站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，又接收基准站传输过来的观测数据，根据相对定位的原理，实时计算并显示用户站的三维坐标及精度，精度可达到厘米级，基准站与流动观测站距离在网络 RTK时可达30km。[4]RTK的测量方法通常采用 “键入参数”，该方法是利用静态观测解算时求得主体控制点的WGS- 84坐标，再把WGS- 84 坐标和地方网格坐标键入到TSC手薄里，进行“内业点校正”，即可求得测区转换参数。也可以在静态解算时直接进行点校正，然后把校正参数直接传输到TSC手簿中。外业测量时把基准站架设到测区内一个控制点上，利用经过点校正的文件启动基准站，流动站即可以工作。[5]在流动站测量时，可以根据需要设置观测方式和精度。
参考文献：
王建瑜.全球定位系统(GPS)在土石方工程测量中的应用[J]. 科技情报开发与经济. 2007(24)
雷武奎. GPS技术及其在地籍测量中的应用[J]. 科技信息. 2009(04)
[3]柳丽芳. GPS在工程测量中的应用探究[J]. 中国新技术新产品. 2010(05)
[4]严秀夫,谭文辉.浅论GPS在工程测量中的应用[J].论文导读：水利科技与经济.2006(04)张延辉,姜亚莉.工程测量中关于GPS技术的应用.广东科技.2008(14)上一页123
水利科技与经济. 2006(04)
[5]张延辉,姜亚莉.工程测量中关于GPS技术的应用[J]. 广东科技. 2008(14)