【摘要】 本文首先介紹了GPS 技術(shù)的基本原理和GPS 技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了GP5 定位技術(shù)在建立工程測量控制網(wǎng)、RTK 下的碎部測量與放樣、區(qū)域差分系統(tǒng)下碎部測量與放樣以及在變形監(jiān)測中應(yīng)用的現(xiàn)狀、特點(diǎn)及其優(yōu)勢，以此希望為我國建筑工程行業(yè)做出微薄的貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】 GPS；工程測量；應(yīng)用

自上世紀(jì)80 年代GPS 定位技術(shù)出現(xiàn)以來，在工程測量過程中的測角、測距、測水準(zhǔn)為主體的常規(guī)地面定位技術(shù)，正逐步被高速度、高效率、高精度的GPS技術(shù)所代替。本文將以多年的工程測量實際工作經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代工程測量技術(shù)的發(fā)展水平，對GPS測量技術(shù)的基本原理、技術(shù)優(yōu)點(diǎn)以及實際應(yīng)用展開論述，希望以此為同行業(yè)人員的日常測繪工作有所借鑒。

1.GPS測量的基本原理

在GPS 定位中，如果在某個位置架設(shè)GPS 接收機(jī)，其會同時接收至少3顆GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信號和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息，再根據(jù)后方交會原理，測得衛(wèi)星到測站點(diǎn)的幾何距離，確定出測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而顯示出測站的位置。GPS衛(wèi)星是高速運(yùn)動的衛(wèi)星，其坐標(biāo)值隨時間在快速的變化，根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)，可以將GPS 定位分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。而根據(jù)對GPS 信號的不同觀測量，可分為偽距定位和載波相位測量兩種定位法。前者是利用GPS 衛(wèi)星的偽噪聲編碼信號，測定接收機(jī)到GPS 衛(wèi)星的距離，而后者是通過測量載波相位，求得接收機(jī)到GPS衛(wèi)星的距離。

2.GPS定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 自動化程度高

采用GPS 接收機(jī)測量時，僅需一人將天線安置于測站上，量測天線高并接通電源，在啟動接收單元后，儀器即自動開始工作。在結(jié)束測量時，只需關(guān)閉電源即可。若需要長時間且連續(xù)測量，則還可實行無人值守的數(shù)據(jù)采集，再通過數(shù)據(jù)傳輸，將所采集的定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，完全實現(xiàn)自動化。

2.2 定位精度高

GPS定位短距離的精度可達(dá)毫米級，中、長距離的相對精度可達(dá)到10- 7 至10- 8。差分導(dǎo)航的精度可達(dá)米級至厘米級。大型建筑物、構(gòu)筑物變形監(jiān)測，在采用特殊的觀測措施、精密星歷和適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理模型和軟件后，平面精度可達(dá)亞毫米級，高程精度可穩(wěn)定在1毫米左右。

2.3 全天候?qū)崟r定位

GPS 定位技術(shù)，不受天氣的影響，可以全天候地工作。這一特點(diǎn)保證了變形監(jiān)測的連續(xù)性和自動化。

2.4 具備三維坐標(biāo)

在GPS 技術(shù)測量的同時，能精準(zhǔn)確定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其高度精確度完全可以滿足現(xiàn)代化工程的

測量要求。

3.GPS在工程測量中的應(yīng)用

3.1 建立工程控制網(wǎng)

在大型工程建設(shè)的過程中，控制網(wǎng)的面積大，要求的精度高，而且測量數(shù)據(jù)隨著工程的進(jìn)度在不斷變化，需要高頻率的測量。傳統(tǒng)測量的定位點(diǎn)通常是位于地面的，隨著工程的建設(shè)，這些點(diǎn)中大部分會被不斷破壞，測量的進(jìn)度也就被破壞了。而且，導(dǎo)線測量的方式要求點(diǎn)與點(diǎn)之間通視，且需要分段實施，才能避免誤差積累過大。因此浪費(fèi)時間也浪費(fèi)精力，同時還存在著測量精度不均勻的問題。

應(yīng)用GPS 技術(shù)建立控制網(wǎng)，通常采用載波相位靜態(tài)差分技術(shù)（RTK），點(diǎn)與點(diǎn)之間不需要通視，可以敷設(shè)很長的GPS 點(diǎn)構(gòu)成三角鎖，以保持長距離線路坐標(biāo)控制的一致性。GPS技術(shù)的實時動態(tài)差分法，可以實時掌握測量數(shù)據(jù)和測量精度，在達(dá)到精度要求后，就可以停止測量了，不需要再計算出數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)精度要求需要返工時，可實時地判定解算結(jié)果是否成功，以減少冗余觀測，縮短觀測時間，節(jié)省開銷。

3.2 RTK 的碎部測量與放樣

RTK 系統(tǒng)由兩部分組成，即基準(zhǔn)站和移動站。其本原理是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)基準(zhǔn)站的差分信息，進(jìn)行求差解算用戶的位置坐標(biāo)。RTK 技術(shù)可以應(yīng)用于測繪地形圖、地籍圖、測繪房地產(chǎn)的界址點(diǎn)、平面位置的施工放樣等。采用RTK 技術(shù)測圖時僅需一人進(jìn)行，首先將GPS 接收機(jī)放在待定的特征點(diǎn)上，并輸入該特征點(diǎn)的編碼即可。在測定一個區(qū)域內(nèi)的地形、地物特征點(diǎn)后，將信息傳入計算機(jī)，由專業(yè)成圖軟件自動生成所需的成果圖。在施工放樣、標(biāo)定界標(biāo)點(diǎn)時，常規(guī)的測量方法需要后視方向、用解析法標(biāo)定，而采用RIK 技術(shù)，則可直接標(biāo)定坐標(biāo)，簡捷易行。

3.3 區(qū)域差分網(wǎng)下的碎部測量與放樣

區(qū)域性GPS 差分系統(tǒng)下的碎部測量、放樣，是基于區(qū)域GPS 差分網(wǎng)進(jìn)行的。區(qū)域差與RTK 單基點(diǎn)載波相位差分的原理相似，不同的是區(qū)域差分的基準(zhǔn)站通常多于1 個。多基準(zhǔn)站組成基準(zhǔn)網(wǎng)，基準(zhǔn)網(wǎng)提供各個基準(zhǔn)站的差分信息，用戶接收機(jī)根據(jù)自己的位置，確定各基準(zhǔn)站差分信息的權(quán)，按非等權(quán)平差后形成自己的差分改正數(shù)，實現(xiàn)差分定位。

3.4 GPS 變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要是監(jiān)測高層大樓、大橋、水庫大壩等建筑物或構(gòu)筑物的地基沉降、位移、傾斜等狀況。常規(guī)的監(jiān)測技術(shù)是應(yīng)用水準(zhǔn)測量的方法，監(jiān)測地基的沉降。應(yīng)用三角測量或角度交會的方法，監(jiān)測地基的位移和整體的傾斜。由于被監(jiān)測物體通常都是幾何尺寸較大、監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測技術(shù)要求較高等特點(diǎn)，所以，觀測的時間較長、勞動強(qiáng)度大且難以實現(xiàn)自動化監(jiān)測。而采用GPS 定位技術(shù)，則可實現(xiàn)可全天候工作、定位精度高且不需要通視。利用GPS 進(jìn)行水平位移觀測時，可獲得小于2mm位移矢量，高程的測量誤差也低于10mm誤差。

國內(nèi)的一個具有代表意義的工程實例，是湖北省長陽土家族自治縣境內(nèi)的隔河巖大壩。其壩頂弧線全長653m，于1997年底至1998年初安裝、調(diào)試并運(yùn)行，并成功安裝GPS自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)有兩個基準(zhǔn)點(diǎn)，采取了適當(dāng)?shù)奶岣呔鹊拇胧?，如系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理等。監(jiān)測點(diǎn)在水平方向的測量精度為0.5 ～1.0mm，高程方向的測量精度為1.0～1.5mm。經(jīng)實驗及運(yùn)行實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)自動化程度高、數(shù)據(jù)可靠、監(jiān)測精度高。這一監(jiān)測工程的成功范例，標(biāo)志著我國大型建筑物或構(gòu)筑物采用GPS 自動監(jiān)測系統(tǒng)時代的開始。此外，在不久的將來，價格低廉、多天線、操作更為便捷的GPS 變形監(jiān)測系統(tǒng)也會不斷被研發(fā)出來，并應(yīng)用到工程測量中。其研發(fā)宗旨是采用一個特制天線轉(zhuǎn)制開關(guān)來實現(xiàn)多個GPS天線與一臺接收機(jī)相連接，接收機(jī)再按照預(yù)先設(shè)置的程序，分時掃描每一臺天線并實現(xiàn)GPS衛(wèi)星的跟蹤，再通過多天線識別與分離模塊處理軟件來完成數(shù)據(jù)處理。

4.結(jié)束語

GPS 技術(shù)具有精度高、速度快、不受氣候條件及通視條件的限制等優(yōu)點(diǎn)，另外，GPS 接收機(jī)具有自動觀測的特點(diǎn)，這為實現(xiàn)大型工程建筑物變形監(jiān)測的自動化奠定了基礎(chǔ)。隨著GPS技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，給目前測量手段帶來了日新月異的變化，也給工程測量帶來許多方便，這種方法也能夠節(jié)約大量人力、物力、時間及成本。因此，GPS 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]汪建林.姚煥炯.張曉盛等.GPS 測量技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（17）.

作者簡介：劉偉（1964年10月）男，遼寧省沈陽人，漢族，大學(xué)本科，高級工程師，從事工程測量技術(shù)工作。