工程測量中GPS定位技術(shù)的應用分析

在測繪領(lǐng)域，隨著(zhù)全站儀的推廣普及，傳統的經(jīng)緯儀、測距儀逐漸被取代。近年來(lái)，隨著(zhù)GPS測量技術(shù)的發(fā)展，工程測量的作業(yè)方法更是發(fā)生了歷史性的變革。GPS測量通過(guò)接收衛星發(fā)射的信號并進(jìn)行數據處理，從而求定測量點(diǎn)的空間位置，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實(shí)時(shí)性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性?，F已成功應用于工程測量、航空攝影測量、工程變形測量、資源調查等諸多領(lǐng)域。

　　GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶(hù)設備三部分構成。

　　1、GPS空間衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。24顆衛星均勻分布在6個(gè)軌道平面內，軌道平面的傾角為55°，衛星的平均高度為2O 200 km，運行周期為11 h 58 min。衛星用L波段的兩個(gè)無(wú)線(xiàn)電載波向廣大用戶(hù)連續不斷地發(fā)送導航定位信號，導航定位信號中含有衛星的位置信息，使衛星成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的已知點(diǎn)。在地球的任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻，在高度角15°以上，平均可同時(shí)觀(guān)測到6顆衛星，最多可達到9顆。

　　2、GPS地面監控站主要由分布在全球的一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監測站組成。主控站根據各監測站對GPS衛星的觀(guān)測數據，計算各衛星的軌道參數、鐘差參數等，并將這些數據編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發(fā)來(lái)的導航電文注入到相應衛星的存儲器中。

　　3、GPS用戶(hù)設備由GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備(如計算機)等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤衛星的運行，并對信號進(jìn)行交換、放大和處理，再通過(guò)計算機和相應軟件，經(jīng)基線(xiàn)解算、網(wǎng)平差，求出GPS接收機中心(測站點(diǎn))的三維坐標。

　　從工程測量的實(shí)施應用中，我們可以充分看到GPS測量的優(yōu)越性，充分顯示了這一衛星定位技術(shù)的高精度和高效益。

　　1、采用GPS技術(shù)測設方格網(wǎng)，比常規方法適應性更強。網(wǎng)形構造簡(jiǎn)單，點(diǎn)的疏密和邊的長(cháng)短可靈活選取，即使離已知控制點(diǎn)較遠也可以連接，并進(jìn)行控制網(wǎng)的定位和定向。另外，它解決了點(diǎn)位之間無(wú)法通視的困難，選點(diǎn)靈活，不需要高標，同時(shí)還可以保證外業(yè)施測不受天氣影響。測設大型(長(cháng)邊)方格網(wǎng)和通視條件特別困難時(shí)，尤其能夠顯示其優(yōu)越性。盡管GPS本身在進(jìn)行測量時(shí)不受到通視條件的限制，但是，工程測量一般為小范圍測量并受到工程成本的限制。因此，在實(shí)際的工程測量中，仍然要考慮使用全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀等常用且投入較少的儀器。這些常用的儀器一般都需要點(diǎn)與點(diǎn)之間相互通視，特別是在布設控制網(wǎng)時(shí)，點(diǎn)與點(diǎn)不能通視將會(huì )給測量工作帶來(lái)較多的麻煩和困難。特別是大型橋梁控制網(wǎng)中，如果點(diǎn)與點(diǎn)不通視，勢必影響網(wǎng)的強度和精度，進(jìn)而影響到橋梁本身的精度。因此，在工程測量中布設GPS控制網(wǎng)時(shí)，必要時(shí)應當盡量使較多的點(diǎn)互相通視。

　　2、GPS方格網(wǎng)點(diǎn)位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿(mǎn)足規范要求，而且具有較大的精度儲備。

　　3、采用點(diǎn)位中誤差作為方格網(wǎng)測量精度指標是可行的，它比用相對中誤差表示精度指標更為合理。

　　4、采用GPS方法布設大地控制網(wǎng)，因其圖形強度系數高，能夠有效地提高點(diǎn)位趨近速度。網(wǎng)形優(yōu)化比較方便。

　　5、采用GPS-RTK測設建筑方格網(wǎng)與常規測量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強度。一個(gè)參考站可有多臺流動(dòng)站作業(yè)，流動(dòng)站不需基準站指揮，單人即可獨立作業(yè)。

　　GPS技術(shù)以其獨特而強大的功能與優(yōu)點(diǎn)充分顯示了它在該領(lǐng)域發(fā)展的優(yōu)越性，以及更大、更廣闊的發(fā)展空間。但在該領(lǐng)域實(shí)際施工過(guò)程中和后續工程的建設和監測中也暴露出了一些不足。

　　1、GPS系統精確定位的關(guān)鍵就在于對衛星和接收機之間距離的準確計算，按照固定模式：距離=速度×時(shí)間，時(shí)間確定之 后，速度按電磁波的傳播速度定。眾所周知電磁波在真空中的傳播速度很快，但大氣層不是真空狀態(tài)，信號要受到電離層和對流層的重重干擾。GPS系統只能對此進(jìn)行平均計算，在某些具體區域肯定存在誤差;在大城市或山區由于高層建筑物及樹(shù)木等對信號的影響，也會(huì )導致信號的非直線(xiàn)傳播，計算時(shí)也會(huì )引入一定的誤差;

　　2、與常規儀器進(jìn)行的控制測量一樣，使用GPS-RTK技術(shù)應首先復核起算基準點(diǎn)的精度，起算點(diǎn)應為高等級的控制點(diǎn)，并且起算基準點(diǎn)和觀(guān)測點(diǎn)之間具有較好的位置分布。當使用動(dòng)態(tài)GPS-RTK進(jìn)行觀(guān)測時(shí)，基準站的精度要經(jīng)過(guò)3-5個(gè)高等級控制點(diǎn)的連測、復核，確?；鶞收咀鴺嗽诟鱾€(gè)方位觀(guān)測情況下具有一致的精度。

　　3、大量的工程實(shí)例證明，雖然GPS高程測量能夠達到一定的精度，但用GPS施測的市政工程測量控制點(diǎn)，應進(jìn)一步用常規儀器進(jìn)行水準聯(lián)測，保證高程精度滿(mǎn)足市政工程建設的需要。

　　4、GPS測量中所選擇的控制點(diǎn)位置的差異直接影響到觀(guān)測點(diǎn)位的精度。由于GPS測量是通過(guò)接收衛星發(fā)射的信號經(jīng)過(guò)數據處理而得到點(diǎn)位坐標(包括高程)的，任何可能影響信號接收的因素出現干擾時(shí)，所測定的點(diǎn)位坐標都可能產(chǎn)生誤差。為此，在選擇測量點(diǎn)位時(shí)應注意以下幾點(diǎn)： (1)點(diǎn)位視野開(kāi)闊，向上15°，視角范圍內應盡量避免有障礙物。(2)盡量遠離大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源，間距應不小于400 m，遠離高壓輸電線(xiàn)路，間距應不小于200 m。(3)遠離具有強烈干擾衛星信號接收的物體，并盡量避開(kāi)大面積的水域。

　　5、GPS測量更適用于視野開(kāi)闊、障礙物較少的新區建設、野外勘探定位等，在老城區的建設中，使用GPS測量，或者接收不到信號，或者雖接收到信號，但一直處于浮動(dòng)狀態(tài)，出現假固定或者不能固定，因此所得數據往往誤差較大，既無(wú)效率，又無(wú)精度，不能顯示出GPS測量的優(yōu)越性。

　　6、GPS測量成果與常規測量成果之間，不同型號GPS測量成果之間存在差異，有時(shí)相差比較大。GPS網(wǎng)在進(jìn)行平差計算時(shí)，邊長(cháng)一般需要進(jìn)行兩項改正：(1) 歸算至大地水準面的改正;(2) 歸算到高斯投影面上的改正。二維聯(lián)臺平差模型不能解決平面位置與高程位置統一的問(wèn)題，而三維聯(lián)臺平差模型是一個(gè)多功能的可實(shí)現平差模型轉換的高級平差系統，平差得到的結果是點(diǎn)的三維空間位置及其精度，這對于點(diǎn)位及其分量的全面分析和研究是極有利的。但在三維聯(lián)合平差時(shí)，需要地面點(diǎn)有相應精度要求的大地高觀(guān)測值，這在某些情況下是難以實(shí)現的。

　　7、GPS及其相關(guān)技術(shù)是一門(mén)新興起的技術(shù)，其運用的規范標準還不夠完善，目前我國還沒(méi)有頒布統一的地理信息標準，導航產(chǎn)品生產(chǎn)商大多使用自己開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的電子地圖，這些電子地圖一般相互不兼容。另外，產(chǎn)品沒(méi)有統一的標準規范，產(chǎn)品市場(chǎng)沒(méi)有形成標準，特別是軟件產(chǎn)品沒(méi)有形成統一的規范。這還待有關(guān)部門(mén)進(jìn)一步研究制定。

　　綜上所述，在工程測量領(lǐng)域中，由于GPS定位技術(shù)自身獨特而強大的功能，充分顯示了它在該領(lǐng)域實(shí)際測量工作中比常規控制測量具有更大的優(yōu)越性和適應性，同時(shí)也存在一些不足，還有待于進(jìn)一步研究改善來(lái)適應實(shí)際測量工作。隨著(zhù)該技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，以及相關(guān)技術(shù)的應用，GPS定位技術(shù)將在城市建設及工程測量中得到更加廣泛的應用。