GPS測量在工程中的應(yīng)用

1、GPS測量在工程中的應(yīng)用    摘要：本人從以下幾個方面介紹了GPS測量技術(shù)應(yīng)用，定位精度以及GPS高程在小面積工程測量中的應(yīng)用，其他技術(shù)特點，并分析了GPS高差精度，以供同行參考。關(guān)鍵詞：工程測量,GPS技術(shù),精度1、GPS測量技術(shù)應(yīng)用GPS的出現(xiàn)給工程測量領(lǐng)域帶來了根本性的變革，具體表現(xiàn)：在大地測量方面，GPS定位技術(shù)以其精度高、速度快、費用省、操作簡便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于大地控制測量中。時至今日，可以說GPS定位技術(shù)已完全取代了用常規(guī)測角、測距手段建立的大地控制網(wǎng)。一般將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng)。歸納起來大致可以將GPS網(wǎng)分為

2、兩大類：一類是全球或全國性的高精度GPS網(wǎng)，這類GPS網(wǎng)中相鄰點的距離在上百公里至上萬公里，其主要任務(wù)是作為全球高精度坐標(biāo)框架或全國高精度坐標(biāo)框架或全國高精度坐標(biāo)框架，為全球性地球動力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù)，或用以研究地區(qū)性的板塊運動或地殼形變規(guī)律等問題。另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，包括GPS城市網(wǎng)、礦區(qū)網(wǎng)和工程網(wǎng)等，這類網(wǎng)中的相鄰點間的距離為幾公里至幾十公里，其主要任務(wù)是直接為國民經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。在工程測量領(lǐng)域，GPS定位技術(shù)正在日益發(fā)揮其巨大作用。如，利用GPS可進行各級工程控制網(wǎng)的測量、GPS用于精密工程測量和工程變形監(jiān)測、利用GPS進行機載航空攝影測量、利用RTK技術(shù)進行點位的

3、測設(shè)等。在災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域，GPS可用于地震活躍區(qū)的地震監(jiān)測、大壩監(jiān)測、油田下沉、地表移動和沉降監(jiān)測等，此外還可以用來測定極移和地球板塊的運動。2、GPS定位系統(tǒng)的特點及精度GPS系統(tǒng)是目前在導(dǎo)航定位領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)，它以高精度、全天候、高效率、多功能、易操作等特點著稱，定位技術(shù)能夠達到毫米級的靜態(tài)定位精度和厘米級的動態(tài)定位精度比其它導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有更強的優(yōu)勢。3、GPS測量的特點GPS可為各類用戶連續(xù)提供動態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度及時間信息。GPS測量主要特點如下：3.1功能多、用途廣GPS系統(tǒng)不僅可以用于測量、導(dǎo)航，還可以用于測速、測時。測速的精度可達0.1M/S，測時的速度可達幾十毫

4、微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。3.2定位精度高大量的實驗和工程應(yīng)用表踢，用載波相位觀測量進行靜態(tài)相對定位，在小于50KM的基線上，相對定位精度可達110210，而在100KM500KM的基線上可達10一10。隨著觀測技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法的改善，可望在大于1000KM的距離上，相對定位精度達到或優(yōu)于10一。在實時動態(tài)定位(RTK)和實時差分定位(RTD)方面，定位精度可達到厘米級和分米級，能滿足各種工程測量的要求。3.3實時定位利用全球定位系統(tǒng)進行導(dǎo)航，即可實時確定運動目標(biāo)的三維位置和速度，可實時保障運動載體沿預(yù)定航線運行，亦可選擇最佳路線。特別是對軍事上動態(tài)目標(biāo)的導(dǎo)航，具有十分重要的意義。3.4觀測

5、時間短目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)相對定位模式，觀測20KM以內(nèi)的基線所需觀測時間，對于單頻接收機在1h左右，對于雙頻接收機僅需15min一20min。采用實時動態(tài)定位模式，流動站初始化觀測1min一5min后，并可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。利用GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)，可縮短觀測時間，提高作業(yè)效益3.5 觀測站之間無需通視經(jīng)典測量技術(shù)需要保持良好的通視條件，又要保障測量控制網(wǎng)的良好圖形結(jié)構(gòu)。而GPS測量只要求測站15°以上的空間視野開闊，與衛(wèi)星保持通視即可，并不需要觀測站之間相互通視，因而不再需要建造覘標(biāo)。這一優(yōu)點即可大大減少測量工作的經(jīng)費和時間(一般造標(biāo)費用約占總經(jīng)費的30%-50%)。

6、同時，也使選點工作變得非常靈活，完全可以根據(jù)工作的需要來確定點位，可通視也使用電位的選擇變得更靈活，可省去經(jīng)典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。不過也應(yīng)指出，GPS測量雖然不要求觀測站之間相互通視，但為了方便常規(guī)方法聯(lián)測定需要。在布設(shè)GPS點時，應(yīng)該保證至少一個方向通視。3.6 操作簡便的GPS測量的自動化程度很高對于“智能型”接收機，在觀測中測量員的主要任務(wù)只是安裝并開關(guān)儀器、量取天線高、采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其他工作，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成。結(jié)束觀測時，僅需關(guān)閉電源，收好接機，便完成野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。如果在一個測站上需要做較長時間的連續(xù)觀測，還可

7、以實行無人值守的數(shù)據(jù)采集，通過網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式，將所采集的觀測數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)全自動化的數(shù)據(jù)采集與處理。GPS用戶接收機一般重量較輕，體積較小，例如，Ashtech單頻接收機一LOCUS最大重量1.4Kg，是天線，主機，電源組合在一起的一體機，自動化程度高，野外測量時僅“一鍵”開關(guān)，攜帶和搬運都很方便3.7 可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)經(jīng)典大地測量將平面和高程采用不同方法分別施測。GPS測量中，在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測量觀測站的大地高程。GPS測量的這一特點，不僅為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和確定地面點的高程開辟了新途徑，同時也為其在航空物探，航空攝影測量及精密導(dǎo)航中

8、應(yīng)用，提供了重要的高程數(shù)據(jù)。GPS定位是在全球統(tǒng)一的WGS一84坐標(biāo)系統(tǒng)中計算的，因此全球不同點的測量成果是相互關(guān)聯(lián)的。3.8 全球全天候作業(yè)GPS衛(wèi)星較多，且分布均勻，保證了全球地面被連續(xù)覆蓋，使得在地球上任何地點，任何時候進行項觀測工作，通常情況下，除雷雨天氣不宜觀測，一般不受天氣狀況的影響。因此，GPS定位技術(shù)的發(fā)展是對經(jīng)典測量技術(shù)的一次重大突破。一方面，它是經(jīng)典的測量理論與方法產(chǎn)生了深刻的變革;另一方面，也進一步加強了測量學(xué)與其他學(xué)科之間的相互滲透，從而促進了測繪科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。4、GPS測量及四等光電測距三角高程測量4.1 GPS測量E級GPS控制網(wǎng)以邊連接方式布設(shè)，平均距離為

9、500m一1000m。GPS數(shù)據(jù)采集采用6臺靈銳S-82型雙頻接收機，為確保觀測質(zhì)量，預(yù)先根據(jù)星歷預(yù)報編制觀測計劃.GPS觀測時的pdop值均小于5，保證了衛(wèi)星的幾何結(jié)合和數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。觀測中作業(yè)模式采用靜態(tài)觀測，采樣間隔為5”，衛(wèi)星止高度角為15°，有效衛(wèi)星數(shù)均大于7，同步光測時間為40min一50min。天線斜高分別在測前側(cè)后用剛卷尺各量取3次取平均值使用。4.2 四等光電測距三角高程測量光電測距三角高程測量，采用拓普康GTP-3005LN型全站儀進行施測。距離及高差均采用正倒鏡各測4次進行往返測，取往返測平均值使用。各項指標(biāo)均滿足光電測距高程導(dǎo)線測量規(guī)范的要求。5、GPS高差與三角高差的差值分析對比數(shù)據(jù)由GPS網(wǎng)中隨機抽取，共抽取8條基線，并對其進行三角高差測量。按光電測距高程導(dǎo)線測量規(guī)范的要求的四等高程導(dǎo)線往返高差限差h=±45s計算。我們可以看到每段的GPS高差與三角高差的差值有優(yōu)于規(guī)范要求，而且每公里高差誤差最大值為±3.29cm，可見在小面積范圍內(nèi)GPS高差精度已經(jīng)達到了四等高程導(dǎo)線的精度。6、結(jié)語檢測結(jié)果表明，10KM范圍內(nèi)GPS高差完全可以取代四等三角高差及等外水準(zhǔn)高差而應(yīng)用于施工當(dāng)中。由此可見，在小面積的測區(qū)內(nèi)如果