试谈GPS技术在工程测量中应用

论文导读：
【摘 要】全球定位系统（以下简称GPS）起源于美国军方的一个项目，主要是用于情报收集和应急通讯等军事项目，随着时间的推移，GPS逐渐被应用与民用。随着我国经济的发展，大型基础建设逐渐增加。工程测量项目在工程建设中占有重要地位，因此，GPS也得到了广泛的应用。本文介绍了GPS技术在工程测量中的应用。
【关键词】GPS；工程测量；应用
1 GPS组成简介
全球定位系统（Global Positioning System简称GPS），是利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。GPS起始于美国军方的一个项目，主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，后来，GPS逐渐扩展到工程测量的领域，完成从军事应用到民用整个过程的转变。GPS是全球范围内的定位和导航，为了更加准确的进行定位，我国就开始了全球定位系统接收设备的研制工作，国家进行了很大的投入。随着我国航天技术的逐渐成熟，在轨卫星的数量也越来越多，全球定位系统信号的接收工作也变得相对容来。全球定位系统的研究进入到了一个新的阶段。

1.1 空间卫星部分

全球定位系统的空间部分主体是空间卫星，定位系统全面建成之后一共有24颗卫星，这24颗卫星分布在不同的轨道平面上，每个轨道平面都有三颗以上的轨道卫星。轨道平面与赤道平面的夹角为五十五度。这样就保证了能够时刻对地球的任何一个地点进行实时探测定位。

1.2 地面制约部分

全球定位系统第二个重要组成部分就是地面制约系统，地面制约系统又可以分为三部分：分别是主控系统、注入系统和监测系统。地面制约系统的主要作用是保证空间卫星的正常运转，并且对空间卫星运转状况进行调整。在调整结束之后，将卫星的最新运转参数汇总反馈到与卫星相关的设备中去，保证定位的精确。

1.3 用户

这里所说的用户并不是我们理解的通常作用上的用户，这个用户的概念是针对于全球定位系统来说的。没有具体的指向，阐述的是一个服务的整体。简而言之就是全球定位系统提供的授时和定位服务。具体指向某一设备的话就是地面接收机。接收机的主体是天线、电源和主机。最重要的部分是主机，主机的主要作用就是对空间卫星发送的信息进行接收处理并进行相关的设备检查。主要工作原理就是在接收到卫星的相关信号之后，就进行内部的数据处理，然后得出相关的导航数据，最后根据得出的数据得出有用的信息。
2 GPS在工程测量中的应用

2.1 GPS在建立工程的制约网中的应用

测绘制约网是工程建设的基础性工作，项目规模不同，对制约网的精度要求也不相同。一级测绘制约网的精度要求往往比较高，因为作为测绘的参照点，位置坐标必须要精确。在工程中常用的制约网的确定是采用边角法，即用测量仪器确约导线，在测量范围比较小时，这种策略比较方便和实用，但是在测量范围比较大时，比如像大型的公路、隧道工程，这种策略就非常受限。这时候全球定位系统的优势就显现出来了。全球定位系统具有很多优点，它在选择制约点的时候受到的限制比较少，而且精度比较高，费用比较低。用全球定位系统建立制约网采用的是载波相位静态差分技术，采用这种技术精度比较高，精度能达到毫米级。公路工程和隧道工程都具有纵向距离很长，横向距离很小的特点。因为导线法测量的范围有限，采用常规的导线定测点的策略要测量好多次，会造成很大的误差积累。采用上述技术就可以很好地解决这个理由。因为GPS技术不需要地面的相互通视，可以在很远的距离设置制约点构成测量三角锁，大大节省了人力物力，提高了测量的精确度。

2.2 GPS在变形监测中的应用

这里指的变形监测指的是大型建筑设施的变形监测，比如高层建筑、水坝和大桥等。测量的主要项目是地基沉降位移和建筑物的倾斜位移等。这些大型设施的体积非常巨大，所处的环境也非常的复杂，对监测的要求非常高。在测量这些大型设施的地基沉降时通常采用的策略是用水准测量，对于建筑的倾斜度测量采用的是三角测量的策略。这几种策略都比较费时费力。应用GPS技术则会比较方便，比如要测量一个大坝的变形，就可以在大坝上选取几个制约点，然后在制约点上布设GPS接收机，这样就可以对大坝的变形进行实时不间断地监测，要想远程获取数据，还需要采用无线传输技术将数据传输到数据中心进行处理，这样就可以实现对大坝变形的实时监测。对路面沉降的监测也可以采用GPS技术，实施策略和大坝变形策略类似，只是沉降监测只需要高程数据就可以。

2.3 GPS系统在工程测量中的外业工作

在GPS的外业测量中，最重要的是选点。结合工程实践经验，对于测量选点应当选取设备便于安装，而且视野开阔的地方，包括在已有建筑物和在建高层建筑操作层上的适当位置。为了有效地确保GPS信号不受到周围建筑物的干扰，在测点应当选取在视场周围没有障碍物的地方（包括已有建筑物）。同时为了便于测点的扩展观测等用途，测点也适宜选取在交通便捷的地方。结合工程实践经验，我认为，为了更准确地选取合理的测点，选点人员应当到现场采取实地勘察，根据实地情况而选取合理点位。同时选取的测量点应当能形成网状，有利于采取点连接方式，测点选取完成后可对其采取埋设标志，但应当精确地定取测点，同时应确保埋设测量点的标石能永久稳定，尤其是对于施工场区外的点，更应当对测量点采取有效的保护措施，对于测量点的定名应当与建筑工程施工单位协商后确定。鉴于工程施工期间有较多施工人员，同时施工工序交叉多样，这给标石的保护增加难度。为了便于标石的保护，应当采取专人保护。对于测量点的测量作业，通过获取GPS信号，然后采取测量以及跟踪处理，以获得建筑施工所需要的定位信息和观测数据。在天线安置工作完成后，则可以在合理的位置设置GPS接收机开始观测。

2.4 GPS技术在图根测量中的应用

GPS快速静态定位的工作原理是通过GPS接收机接收4颗以上通讯卫星信号，解算出卫星到GPS接收机的距离，通过卫星在地心坐标系的位置确定GPS接收机在该坐标系中的位置，从而解算出多个GPS接收机的相对位置论文导读：
，达到相对定位的目的。在图根制约测量中，图根制约网使用4台以上的GPS接收机，采用双参考站，以快速静态定位测量方式进行观测。每一时段同步观测卫星有效颗数均大于4颗，卫星数据采样率为15s，卫星高度角均大于15°，PDOP值小于6，各条观测基线的整周模糊度倍率因子在1.5以上，保证了卫星与接收机之间具有较强的图形强度；流动站观测时间为15min。观测单元间流动站的重合点数为2个。观测前后使用专用GPS量高尺测量仪器高度，取中数作为该站最终站高。通过数据质量检核，按单基线双差固定解作为最终结果。同步环、异步闭合环、复测基线的长度较差等均满足规范之规定，精度很高，在观测条件较好的情况下，满足E级GPS的精度要求。
GPS技术在测量中的应用大大提高了测量的效率和准确性，为大型工程的建设提供了精确的测量技术。
参考文献：
[1]宋磊，熊慧.GPS在工程测量中的应用分析[J].河南科技，2013（21）.
[2]李柏章.GPS系统在水利工程测量中的应用[J]. 水利科技与经济，2013（05）.
[3]王浩宇，郑旭.GPS测量技术及其在工程测量中的应用[J].黑龙江科技信息，2013（26）.
作者简介：
彭湘涛（1968—），男，工程师，主要从事水利工程测量工作。