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试论GPS技术在工程测量中的应用 【摘要】 本文首先介绍了GPS 技术的基本原理和GPS 技术应用的优点，重点阐述了GP5 定位技术在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在变形监测中应用的现状、特点及其优势，以此希望为我国建筑工程行业做出微薄的贡献。 【关键词】 GPS；工程测量；应用 自上世纪80 年代GPS 定位技术出现以来，在工程测量过程中的测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正逐步被高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替。本文将以多年的工程测量实际工作经验为基础，结合现代工程测量技术的发展水平，对GPS测量技术的基本原理、技术优点以及实际应用展开论述，希望以此为同行业人员的日常测绘工作有所借鉴。 1.GPS测量的基本原理 在GPS 定位中，如果在某个位置架设GPS 接收机，其会同时接收至少3颗GPS卫星所发射的信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息，再根据后方交会原理，测得卫星到测站点的几何距离，确定出测站点的三维坐标，进而显示出测站的位置。GPS卫星是高速运动的卫星，其坐标值随时间在快速的变化，根据其运动状态，可以将GPS 定位分为静态定位和动态定位。而根据对GPS 信号的不同观测量，可分为伪距定位和载波相位测量两种定位法。前者是利用GPS 卫星的伪噪声编码信号，测定接收机到GPS 卫星的距离，而后者是通过测量载波相位，求得接收机到GPS卫星的距离。 2.GPS定位技术的优点 2.1 自动化程度高 采用GPS 接收机测量时，仅需一人将天线安置于测站上，量测天线高并接通电源，在启动接收单元后，仪器即自动开始工作。在结束测量时，只需关闭电源即可。若需要长时间且连续测量，则还可实行无人值守的数据采集，再通过数据传输，将所采集的定位数据传输到数据处理中心，完全实现自动化。 2.2 定位精度高 GPS定位短距离的精度可达毫米级，中、长距离的相对精度可达到10- 7 至10- 8。差分导航的精度可达米级至厘米级。大型建筑物、构筑物变形监测，在采用特殊的观测措施、精密星历和适当的数据处理模型和软件后，平面精度可达亚毫米级，高程精度可稳定在1毫米左右。 2.3 全天候实时定位 GPS 定位技术，不受天气的影响，可以全天候地工作。这一特点保证了变形监测的连续性和自动化。 2.4 具备三维坐标 在GPS 技术测量的同时，能精准确定测站点的三维坐标，其高度精确度完全可以满足现代化工程的 测量要求。 3.GPS在工程测量中的应用 3.1 建立工程控制网 在大型工程建设的过程中，控制网的面积大，要求的精度高，而且测量数据随着工程的进度在不断变化，需要高频率的测量。传统测量的定位点通常是位于地面的，随着工程的建设，这些点中大部分会被不断破坏，测量的进度也就被破坏了。而且，导线测量的方式要求点与点之间通视，且需要分段实施，才能避免误差积累过大。因此浪费时间也浪费精力，同时还存在着测量精度不均匀的问题。 应用GPS 技术建立控制网，通常采用载波相位静态差分技术（RTK），点与点之间不需要通视，可以敷设很长的GPS 点构成三角锁，以保持长距离线路坐标控制的一致性。GPS技术的实时动态差分法，可以实时掌握测量数据和测量精度，在达到精度要求后，就可以停止测量了，不需要再计算出数据。当发现未达到标准精度要求需要返工时，可实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间，节省开销。 3.2 RTK 的碎部测量与放样 RTK 系统由两部分组成，即基准站和移动站。其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，进行求差解算用户的位置坐标。RTK 技术可以应用于测绘地形图、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，首先将GPS 接收机放在待定的特征点上，并输入该特征点的编码即可。在测定一个区域内的地形、地物特征点后，将信息传入计算机，由专业成图软件自动生成所需的成果图。在施工放样、标定界标点时，常规的测量方法需要后视方向、用解析法标定，而采用RIK 技术，则可直接标定坐标，简捷易行。 3.3 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、放样，是基于区域GPS 差分网进行的。区域差与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通常多于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。 3.4 GPS 变形监测 变形监测主要是监测高层大楼、大桥、水库大坝等建筑物或构筑物的地基沉降、位移、倾斜等状况。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。由于被监测物体通常都是几何尺寸较大、监测环境复杂、监测技术要求较高等特点，所以，观测的时间较长、劳动强度大且难以实现自动化监测。而采用GPS 定位技术，则可实现可全天候工作、定位精度高且不需要通视。利用GPS 进行水平位移观测时，可获得小于2mm位移矢量，高程的测量误差也低于10mm误差。 国内的一个具有代表意义的工程实例，是湖北省长阳土家族自治县境内的隔河岩大坝。其坝顶弧线全长653m，于1997年底至1998年初安装、调试并运行，并成功安装GPS自动监测系统。该系统设有两个基准点，采取了适当的提高精度的措施，如系统设置、数据处理等。监测点在水平方向的测量精度为0.5 1.0mm，高程方向的测量精度为1.01.5mm。经实验及运行实践结果表明，该系统自动化程度高、数据可靠、监测精度高。这一监测工程的成功范例，标志着我国大型建筑物或构筑物采用GPS 自动监测系统时代的开始。此外，在不久的将来，价格低廉、多天线、操作更为便捷的GPS 变形监测系统也会不断被研发出来，并应用到工程测量中。其研发宗旨是采用一个特制天线转制开关来实现多个GPS天线与一台接收机相连接，接收机再按照预先设置的程序，分时扫描每一台天线并实现GPS卫星的跟踪，再通过多天线识别与分离模块处理软件来完成数据处理。 4.结束语 GPS 技术具有精度高、速度快、不受气候条件及通视条件的限制等优点，另外，GPS 接收机具有自动观测的特点，这为实现大型工程建筑物变形监测的自动化奠定了基础。随着GPS技术的迅速发展和应用，给目前测量手段带来了日新月异的变化，也给工程测量带来许多方便，这种方法也能够节约大量人力、物力、时间及成本。因此，GPS 技术已经发展成为多领域、多模式、多用途的国际性高新技术产业。 参考文