浅谈GPS技术在工程测量中的特点

　　摘　要：随着城市建设的高速发展,对城市测量的要求越来越高,同时对工期的要求也越来越短。而GPS技术恰是适应满足这种要求的新技术,它的静态相对定位技术能满足城市高精度控制网的建立,而GPS RTK技术能应用于一般工程,达到高效、省时的效果。

　　关键词：GPS,RTK技术,应用

　　前言：

　　随着测绘科学技术的发展,传统的测绘技术正在向现代化以立体为特征的测绘科学技术体系转变。整个测绘行业不论从技术上、设备上,还是效率上,都得到不同程度的提高。原来的测绘方法受时间、空间和通视条件的限制性,而GPS全球卫星系统利用其独特的优势,达到全天候采集。GPS卫星定位测量是研究利用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术。随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。通过RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

　　RTK测量系统一般由以下三部分组成:GPS接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。

　　一、GPS测量的技术特点

　　相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：

　　1.1 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

　　1.2 定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

　　1.3 观测时间短。 观测时间短 采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。

　　1.4 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

　　1.5 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

　　1.6 全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

　　二、GPS控制测量质量及精度的方法

　　1、布网方案 GPS网应根据任务的要求、测区自然状况、交通条件进行设计，既要考虑近期建设的需要，又要考虑城市长远规划的需要及1：500数字化测图，图根点加密的需要，本着确保测量精度、速度快、费用省的原则布设。

　　(1)首先根据GPS网的等级确定其规范要求的精度和密度。例如GPS四等平面控制网要求平均边长2km，边长相对误差限差为1/4.5万，故布设四等GPS网就要考虑边长在2km左右，精度要求：点位中误差绝对值不大于5cm，各边边长相对精度不低于1/4.5万。

　　(2)布网设计中要考虑旧有控制点(有国家或城市测绘成果资料)及其标石的利用。特别是作为GPS网平差的约束点、校核点的利用和在网内的位置是否有利于平差精度的控制，如约束点均匀地分布在四周有利于精度的控制。

　　(3)布网应从起算点开始，以边连、点连混合方式连续构成整体网。连接后，应便于组成较长的同步环、异步环及复测基线，使GPS网具有较强的几何强度和多余观测及尽量做到重复设站，使GPS网具有一定的可靠性，为GPS网的整体精度提供保证。

　　2、选点

　　选点的科学与否，也是影响GPS外业观测质量和GPS网的精度的重要因素。选点应考虑GPS网的设计要求及测区的自然地理情况并结合规范的要求，一般说来选点应满足如下要求：

　　(1)点位应选在交通方便、便于埋设和长期保存的地方。便于安置接收设备，安全、便于接观测操作的地方。

　　(2)点位应选在视野开阔处，高度角15°以上的天空没有障碍物。

　　(3)距点位200米范围内没有大功率无线电发射源，50米以内没有高压输电线，并应避开强烈干扰接受卫星信号的物体。

　　(4)原有旧控制点的利用，应选成果精度符合要求的点，且其点的名称不易改变，对仅有标石无成果或无符合要求的成果时，可借用其标石作为新点选取。

　　3、GPS的数据处理及GPS网的平差?

　　1、GPS基线解算及质量控制?要提高GPS网基线解算的精度，必须做好观测数据的处理工作，检验每天观测数据的精度和有效性，每天必须及时地对外业观测数据进行计算、检验，即进行基线解算及同步环、异步环坐标分量相对闭合差、复测基线较差的统计和误差衡量，对误差超限的基线进行适当处理或进行复测，以确保外业观测数据的质量和精度。

　　三、GPS-RTK测量在城市中的应用

　　1、控制测量

　　城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市I、II、III级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS静态测量，点间不需通视且精度高，但需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。

　　自引入RTK测量技术以来，作者多次对阳江市区原GPS点及I、II级导线点进行检验，其部分检验值较差。

　　RTK测量的同一点位相对于静态GPS观测点基本上是一致的，其坐标差值较小;而对于常规仪器观测的I、ll级导线来说有部分相差较大，这也可能是常规测量的误差积累所引起的。由此可见，RTK技术可用于常规的控制测量，它将对传统逐级布网的理念予以更新。

　　2、规划道路中线放线

　　RTK测量技术用于市政道路中线放样，放样工作一人也可完成。将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK的外业控制器，即可放样。

　　3、用地测量

　　在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界址点坐标，确定土地使用界限范围，计算用地面积，在土地分类及权属调查时，应用RTK技术可实时测量权属界限、土地分类修测，提高了测量速度和精度。

　　四、结束语

　　通过GPS在测量中的应用，得到如下体会。

　　(1)GPS控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。因此，当精度要求较高时，应避免短边，无法避免时，要谨慎观测。

　　(2)GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于各别点的选定受地形条件限制，造成树木遮挡，影响对卫星的观测及信号的质量，经重测后通过。因此，应严格按有关要求选点，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。

　　(3)GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。因此，要保证控制点高程的精度，必须联测足够的已知高程点。

　　参考文献 ：

　　[1] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社 ，2010.

　　[2] 全球定位系统(GPS)测量规范[S].GB/T18314—2001.

　　本文选自《科技通报》。  《科技通报》由浙江省科学技术协会主办、《科技通报》编辑部编辑出版的含理、工、农、医等学科的自然学科综合类学术期刊。本刊目前为“全国中文核心期刊”、“中国科技核心期刊”，并被国内多家重要机构、网站和数据库收录。
　　
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