論文-GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

GPS原理與應(yīng)用題目GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用姓名 學(xué)號(hào) 院系成績(jī)年月日GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用摘要目前,GPS在工程測(cè)量中的運(yùn)用極為普遍,本文主要是介紹了GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，在工程領(lǐng)域中，隨著現(xiàn)在GPS技術(shù)的發(fā)展，由于在工程測(cè)量GPS技術(shù)的特點(diǎn)明顯，介紹靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量的方法對(duì)工程測(cè)量中各領(lǐng)域類(lèi)廣泛運(yùn)用。關(guān)鍵詞GPS技術(shù)；工程測(cè)量；原理；應(yīng)用引言全球定位系統(tǒng)的全稱(chēng)是導(dǎo)航衛(wèi)星定時(shí)測(cè)距/全球定位系統(tǒng)(NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem)，[1]通常所說(shuō)的GPS是其字頭縮寫(xiě)詞NAVSTAR/GPS的簡(jiǎn)稱(chēng),是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制的用于軍事部門(mén)的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng),歷時(shí)20年,耗資200多億美元,分三階段研制,陸續(xù)投入使用,并于1994年全面建成GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術(shù)率先在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、海洋測(cè)量、城市測(cè)量等測(cè)繪領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開(kāi)了研究并得到廣泛應(yīng)用。正文1GPS系統(tǒng)的組成GPS定位系統(tǒng)由GPS工作衛(wèi)星組成的空間部分、若干地面站組成的地面監(jiān)控部分及以接收機(jī)為主的用戶(hù)部分組成。三者具有獨(dú)立的功能和作用,又有機(jī)結(jié)合形成完整系統(tǒng)。1.1空間星座部分空間部分由7顆試驗(yàn)衛(wèi)星和24顆GPS工作衛(wèi)星組成,GPS工作衛(wèi)星均勻分布在傾角為55°的6個(gè)軌道上,軌道高度約為2×104km,各軌道升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60°,每條軌道上均勻分布著4顆衛(wèi)星,相鄰軌道之間的衛(wèi)星還要彼此之間叉開(kāi)40°,以保證全球均勻覆蓋的要求,并在任意時(shí)刻全球各處都能觀測(cè)到高度角為15°以上的4顆衛(wèi)星。1.2地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控系統(tǒng)由1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。1.3用戶(hù)設(shè)備部分用戶(hù)設(shè)備部分包括GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件等。GPS接收機(jī)主要由天線、信號(hào)處理器、顯示裝置、記錄裝置、電源等組成。其主要功能是通過(guò)天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的無(wú)線電信號(hào),在信號(hào)處理器中進(jìn)行中頻放大、濾波和信號(hào)處理,解碼得到廣播電文、獲得偽距定位結(jié)果,將觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并傳遞至電腦進(jìn)行處理。2GPS技術(shù)和定位原理GPS定位技術(shù)的高度自動(dòng)化及其所達(dá)到的高精度和具有的潛力，也引起了廣大測(cè)量工作者的極大興趣。當(dāng)時(shí)GPS定位基本上只有一個(gè)作業(yè)模式——靜態(tài)相對(duì)定位，兩臺(tái)或若干臺(tái)GPS接收機(jī)安置在待定點(diǎn)上，連續(xù)同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星1-2h或更長(zhǎng)一些時(shí)間，通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)的后處理，給出各待定點(diǎn)間的基線向量，在采用廣播星歷的條件下，靜態(tài)定位可取得5mm＋1×10－6D（雙頻）或10mm＋2×10－6D（單頻）基線解精度。隨著技術(shù)的發(fā)展，快速靜態(tài)定位為短基線測(cè)量作業(yè)闖出了一條新路，大大提高了GPS測(cè)量的勞動(dòng)生產(chǎn)率。一對(duì)GPS測(cè)量系統(tǒng)（雙頻）在10km以?xún)?nèi)的短邊上，正常接收4-5顆衛(wèi)星5min左右，即可獲取5-10mm＋1×10－6D的基線精度，與1-2h甚至更長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)定位的結(jié)果不相上下。各個(gè)GPS測(cè)量廠商看好這個(gè)大趨勢(shì)，紛紛推出各自的GPS測(cè)量新產(chǎn)品。有的把這種新型產(chǎn)品稱(chēng)之為GPS全站儀，有的稱(chēng)之為RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量），有的稱(chēng)之為RTKGPS?？傊?，GPS測(cè)量理論與設(shè)備的不斷發(fā)展，使得GPS測(cè)量技術(shù)日趨成熟，GPS測(cè)量功能更加完善，GPS測(cè)量應(yīng)用面更廣，并且GPS測(cè)量設(shè)備價(jià)格變得低廉，操作更加簡(jiǎn)便，使GPS測(cè)量更加實(shí)用化和自動(dòng)化。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測(cè)繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為工程測(cè)量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來(lái)用測(cè)角、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)為主體的常規(guī)地面定位技術(shù)，正在逐步被以一次性確定三維坐標(biāo)的、高速度、高效率、高精度的GPS技術(shù)所代替；定位方法已從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)；定位服務(wù)領(lǐng)域已從導(dǎo)航和測(cè)繪領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的廣闊領(lǐng)域。全球定位系統(tǒng)（GPS）的定位基本原理，是空間距離交會(huì)定點(diǎn)原理。假設(shè)在地面上有3個(gè)無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其位置坐標(biāo)已知，用（x；y；z）（其中i=1，2，3）表示。用戶(hù)接收機(jī)在某一時(shí)刻采用無(wú)線電測(cè)距的原理測(cè)得接收機(jī)到3個(gè)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)的距離只R（i=1，2，3），則只需以3個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以所測(cè)距離為半徑，即可用距離交會(huì)原理計(jì)算出用戶(hù)接收機(jī)的空間位置（x；y；z）其數(shù)學(xué)模型為：如果只有兩個(gè)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)，則可根據(jù)用戶(hù)接收機(jī)的概略位置交會(huì)出接收機(jī)的平面位置。這種通過(guò)無(wú)線電測(cè)距交會(huì)定點(diǎn)的方法是目前仍在使用的飛機(jī)、輪船的導(dǎo)航定位方法?，F(xiàn)在將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面搬到位于空間中的衛(wèi)星之上，組成一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)的原理，便可由3個(gè)以上衛(wèi)星的已知點(diǎn)交會(huì)出衛(wèi)星的空間位置；反之，利用3個(gè)以上衛(wèi)星的已知空問(wèn)位置，又可以交會(huì)出地面上未知點(diǎn)的空間位置，這就是GPS衛(wèi)星定位的基本原理。3GPS定位測(cè)量的特點(diǎn)GPS相對(duì)于其他的傳統(tǒng)測(cè)量方法而言，GPS有其獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1）GPS測(cè)量的精度大大高于常規(guī)測(cè)量，在小于50km的基線上，相對(duì)定位精度可達(dá)1×10-6，在大于1000km的基線上可達(dá)1×10-8，基線越長(zhǎng)，其相對(duì)精度越高。在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）和文時(shí)差分定位（RTD）方面。定位精度可達(dá)到厘米級(jí)和分米級(jí)。能滿(mǎn)足各種工程測(cè)量的要求。2）GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間相互通視，因而不再需要建造覘標(biāo)。這一優(yōu)點(diǎn)即可使點(diǎn)位的選擇變得更為靈活，可省去傳統(tǒng)測(cè)量中的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作，也可以大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，因此也更具優(yōu)越性。不過(guò)也應(yīng)指出，GPS測(cè)量雖然不要求觀測(cè)站之間相互通視，但為了方便用常規(guī)方法聯(lián)測(cè)的需要，在布設(shè)GPS點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該保證秒—個(gè)方向通視。3）GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，操作十分簡(jiǎn)便。在觀測(cè)中，測(cè)量員的主要任務(wù)通常是量取儀器高、開(kāi)關(guān)儀器和監(jiān)測(cè)儀器的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)而已。同時(shí)，GPS衛(wèi)星定位儀正朝著重量輕、攜帶方便、功耗低的方向發(fā)展。4）GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程具可提供全球統(tǒng)一的三維地心測(cè)量坐標(biāo)；GPS測(cè)量這一特點(diǎn)，不僅為研究大地水平面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程提供了新的方法，同時(shí)也為其在航空攝影測(cè)量、航空物探、精密導(dǎo)航中的應(yīng)用，提供了重要的高程數(shù)據(jù)。5）由于GPS衛(wèi)星較多，且分布均勻，保證了全球地面被連續(xù)覆蓋，因此其觀測(cè)工作可以在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)連續(xù)地進(jìn)行，一般也不受天氣狀況的影響。具有全天候作業(yè)的特點(diǎn)。并且現(xiàn)代的GPS衛(wèi)星定位儀都具有防水裝置，就算是陰雨天也可以照常作業(yè)，但大風(fēng)雷雨天氣除外。6）隨著快速靜態(tài)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于放樣測(cè)量、地形測(cè)量等測(cè)量而言，測(cè)量一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間縮短到以秒為單位因此具有測(cè)量時(shí)間短的特點(diǎn)，大大的提高了測(cè)量工作效率。正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，使GPS接收機(jī)成為當(dāng)今最主要的測(cè)量?jī)x器之一，例如，常規(guī)的平面測(cè)量已幾乎全部采用GPS測(cè)量技術(shù)；隨著技術(shù)的逐漸成熟，GPS技術(shù)用于水上測(cè)量更使工作效率提高了數(shù)十倍。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的出現(xiàn)，更使GPS用于地形、放樣等常規(guī)測(cè)量成為可能。正因?yàn)镚PS測(cè)量所具有的先進(jìn)性、優(yōu)越性和跨學(xué)科的特點(diǎn)才使GPS定位技術(shù)成為當(dāng)今測(cè)量的前沿學(xué)科，與地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）并稱(chēng)為3S。4GPS測(cè)量原理[2]GPS的基本測(cè)量原理是所謂的偽距方程,其中衛(wèi)星與接收機(jī)的幾何距離是接收機(jī)用來(lái)定位的標(biāo)準(zhǔn)。在不考慮引力作用的情況下,這個(gè)距離就是慣性系中坐標(biāo)的Euclid幾何距離。但在考慮引力時(shí),這個(gè)距離以及相應(yīng)的時(shí)間與慣性系的情況都有一定的偏差。假設(shè)4顆衛(wèi)星位于Xa(a=1,2,3,4)處,在Ta時(shí)刻發(fā)射信號(hào),接收機(jī)接收到信號(hào)時(shí)的位置和時(shí)間分別為X和T,電磁波的傳播速度為c,則接收機(jī)與衛(wèi)星的空間距離為:|△X|=|X-Xa|=c|T-Ta|(a=1,2,3,4)(1)在Descartes坐標(biāo)系(X,Y,Z)中,上式可表示為:ΔX+ΔY|+ΔZ=cΔT(2)當(dāng)4顆衛(wèi)星的時(shí)間和位置(Ta,Xa,Ya,Za)已知時(shí),就可以唯一地確定接收機(jī)的時(shí)間和位置(T,X,Y,Z)。(1)或(2)式是GPS測(cè)量原理的基本方程,其物理基礎(chǔ)是愛(ài)因斯坦的光速不變?cè)怼Ｒ蚨鴮?duì)基本方程有兩種等價(jià)的解釋。一種觀點(diǎn)是將基本方程建立在慣性坐標(biāo)系上,這時(shí)(T,X,Y,Z)是具有測(cè)量意義的慣性坐標(biāo)系的坐標(biāo)。一般選取地心坐標(biāo)系(ECI),即坐標(biāo)原點(diǎn)建立在地球的質(zhì)量中心,基準(zhǔn)軸指向某一恒星。雖然從廣義相對(duì)論的觀點(diǎn)來(lái)看,只有無(wú)引力且無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系才是慣性系,地心坐標(biāo)系不是嚴(yán)格意義上的慣性系。但是可以采用這樣的觀點(diǎn):即認(rèn)為運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)是Minkowski時(shí)空,廣義相對(duì)論是比牛頓萬(wàn)有引力定律更精確的引力理論。這樣在忽略地球相對(duì)于遙遠(yuǎn)恒星加速運(yùn)動(dòng)的情況下,就可以將地心坐標(biāo)系近似看成慣性系,在此坐標(biāo)系中光沿直線傳播且在真空中的速度恒定。事實(shí)上,(2)式可看成慣性系中的類(lèi)光測(cè)地線方程。另一種觀點(diǎn)是直接應(yīng)用廣義相對(duì)論,將(T,X,Y,Z)解釋為固有時(shí)和固有距離。因?yàn)樵跁r(shí)軸正交的參考系中,用固有時(shí)和固有距離測(cè)量的光速是均勻和各向同性的,且在真空中恒為c。也就是說(shuō),用固有時(shí)和固有距離定義的速度也滿(mǎn)足光速不變?cè)怼?影響GPS測(cè)量因素分析5.1起算點(diǎn)在某工程中應(yīng)用光電測(cè)距導(dǎo)線聯(lián)測(cè)坐標(biāo)時(shí),經(jīng)多次測(cè)量?jī)蓚€(gè)起算點(diǎn)均不能附合,后使用GPS進(jìn)行聯(lián)測(cè),包括先前使用的兩個(gè)點(diǎn)共聯(lián)測(cè)5個(gè)國(guó)家點(diǎn),為檢測(cè)起始點(diǎn)粗差,我們將所聯(lián)測(cè)的5個(gè)點(diǎn)三個(gè)一組分別進(jìn)行計(jì)算比較(見(jiàn)表1),經(jīng)過(guò)網(wǎng)平差精度分析,認(rèn)為其中“1”號(hào)點(diǎn)已知數(shù)據(jù)有問(wèn)題,后經(jīng)過(guò)調(diào)查得知該點(diǎn)為后期恢復(fù)點(diǎn),位置有所偏移。另外從各組平差后粗度指標(biāo)看,起算點(diǎn)與測(cè)區(qū)均勻分布比分布不均得出成果的精度要高,如2、3、4點(diǎn)做起始點(diǎn)時(shí),網(wǎng)的點(diǎn)位精度明顯較高。表1起算點(diǎn)分組計(jì)算對(duì)照表5.2GPS布網(wǎng)若在GPS網(wǎng)形布設(shè)時(shí)采用較多的異步閉合環(huán),就要求接收機(jī)多次重復(fù)設(shè)站,受交通工具和通訊手段的限制,給實(shí)際操作和工效的提高帶來(lái)了很大困難。在某工程的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)中作了具體測(cè)算，該工程共測(cè)得4個(gè)三邊異步環(huán),計(jì)算時(shí)分別取其中的一個(gè)環(huán)、二個(gè)環(huán)、三個(gè)環(huán)、四個(gè)環(huán)進(jìn)行平差計(jì)算,以相同兩點(diǎn)所求出的4次計(jì)算結(jié)果比較,坐標(biāo)最大較差為±10mm；最小為±3mm，但施測(cè)中每減少一個(gè)環(huán)就可減少一次重復(fù)設(shè)站,而該工程中每完成一次搬站,平均耗時(shí)1.5小時(shí),與所得到成果精度的提高相比效率不是很高?？梢?jiàn)GPS網(wǎng)中的異步環(huán)實(shí)質(zhì)上僅起到了多余觀測(cè)的作用,是剔除粗差的有效手段,而對(duì)于網(wǎng)平差精度的提高并非起到?jīng)Q定性作用。由于起算點(diǎn)對(duì)網(wǎng)平差影響較大,所以在施測(cè)布網(wǎng)時(shí)盡量使起算點(diǎn)間形成異步環(huán),其他各點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況而定,不必非在異步環(huán)中,以便節(jié)省大量的重復(fù)設(shè)站時(shí)間。5.3觀測(cè)時(shí)間觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響作業(yè)效率。時(shí)間短會(huì)因采集數(shù)據(jù)不夠而使基線解算失敗；過(guò)長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間不會(huì)提高基線解算精度，造成時(shí)間上的大量浪費(fèi)。6GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位測(cè)量是通過(guò)用戶(hù)接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)來(lái)測(cè)定所在位置的坐標(biāo)的，粗略的來(lái)講，GPS衛(wèi)星信號(hào)包括測(cè)距碼信號(hào)（P碼和C/A碼信號(hào)）、導(dǎo)航電文（D碼，即數(shù)據(jù)碼信號(hào)）[3]和載波信號(hào)。GPS衛(wèi)星信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制和解調(diào)都是很復(fù)雜的事情，涉及現(xiàn)代數(shù)字通訊理論和高科技的技術(shù)問(wèn)題，GPS信號(hào)用戶(hù)雖不需要鉆研這些太理論的東西，但了解它的基本概念，有助于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航和定位測(cè)量的原理更好的發(fā)揮，所以仍舊很重要。GPS信號(hào)由載波（L1、L2和L5三個(gè)民用頻率）、導(dǎo)航電文（數(shù)據(jù)碼）和測(cè)距碼（C/A碼和P碼（Y碼））三部分組成。見(jiàn)圖1。載波是指可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻振蕩波。GPS衛(wèi)星所用的載波有L1、L2和L5三個(gè)民用頻率，由于它們均位于微波的L波段，故分別稱(chēng)為L(zhǎng)1載波、L2載波和L5載波。L1和L2先于L5，其中L1載波是由衛(wèi)星上的原子鐘所產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率f＝10.23MHz倍頻154倍后形成的，即f＝154×f＝1575.42MHz，其波長(zhǎng)ɑ1為19.03cm。L2載波是基準(zhǔn)頻率f倍頻120后形成的，即f＝120×f0＝1227.60MHz，其波長(zhǎng)ɑ2為24.42cm。采用兩個(gè)頻率的目的是為了較完善地消除電離層延遲。采用高頻率載波的目的是為了更精確地測(cè)定多普勒頻移，從而提高測(cè)速的精度；減少信號(hào)的電離層延遲，因?yàn)殡婋x層延遲是與信號(hào)頻率f的平方成反比的。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，為滿(mǎn)足工作需要增加了L5,L5頻率為1176.45MHz，波長(zhǎng)為26cm。它們的作用是搭載其它信號(hào)，也可用于測(cè)量（測(cè)距）。測(cè)距碼由C/A碼－粗碼和P(y)碼－精碼組成。C/A碼的碼長(zhǎng)為1023bit；碼元寬度為約0.97752μs,相應(yīng)長(zhǎng)度為29.1m；周期為1ms；數(shù)碼率為1.023Mbit/s。各顆GPS衛(wèi)星所使用的C/A碼，四項(xiàng)指標(biāo)都一樣，但結(jié)構(gòu)不一。這樣便于復(fù)制和區(qū)分。P碼由兩組構(gòu)成，各組由12級(jí)反饋移位寄存器的電路發(fā)生，基本原理和C/A碼相似，線路設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)比C/A碼復(fù)雜且嚴(yán)格保密。碼是表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合。由隨機(jī)噪聲碼和偽隨機(jī)噪聲碼組成。導(dǎo)航電文（簡(jiǎn)稱(chēng)衛(wèi)星電文又叫數(shù)據(jù)碼（D碼））。是用戶(hù)用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。它主要包括：衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息。它的基本單位是長(zhǎng)1500bit的一個(gè)主幀（如圖1所示），傳輸速率是50bit/s，30s傳送完畢一個(gè)主幀。一個(gè)主幀包括5個(gè)子幀，第1、2、3子幀每30秒鐘重復(fù)一次，內(nèi)容每小時(shí)更新一次。第4、5子幀的全部信息則需要750秒鐘才能夠傳送完。即第4、5子幀是12.5min播完一次，然后再重復(fù)之，其內(nèi)容僅在衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)后才得以更新。GPS技術(shù)具有精度高、不受距離和環(huán)境限制的優(yōu)點(diǎn)，特別適合地形條件艱險(xiǎn)和局部重點(diǎn)工程地區(qū)。利用GPS技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量能夠大幅度提高工程的質(zhì)量。GPS技術(shù)的整個(gè)操作過(guò)程不受人為因素的影響，誤差較小，整個(gè)作業(yè)過(guò)程全部由計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、處理數(shù)據(jù)。同時(shí)，GPS技術(shù)測(cè)量還能夠降低勞動(dòng)的作業(yè)強(qiáng)度，減少野外工作量，提高作業(yè)效率。尤其是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形式下，由于這些地區(qū)的地形條件較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施量具有很大的難度，但是使用GPS技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量,便能迎刃而解，同時(shí)還能大大降低工程的操作難度,提高工程測(cè)量的精準(zhǔn)度。在科學(xué)研究方面，利用GPS技術(shù)的觀測(cè)精度(毫米級(jí))和時(shí)空分辨率監(jiān)測(cè)地球的動(dòng)態(tài)變化，從而剖析地球內(nèi)部和地殼、大氣層，海洋等的變化情況；利用衛(wèi)星軌道的測(cè)定和影響參數(shù)的分析可對(duì)地球引力系數(shù)，自轉(zhuǎn)、潮汐、人氣、電離層等參數(shù)進(jìn)行研究。同時(shí)，GPS技術(shù)還廣泛應(yīng)用于地球科學(xué)、地震、海洋、氣象等的科學(xué)研究。在政府管理和民用領(lǐng)域，GPS技術(shù)的導(dǎo)航和動(dòng)態(tài)定位測(cè)量等功能的應(yīng)用日益廣泛。如應(yīng)用在各類(lèi)災(zāi)害的預(yù)防和快速反應(yīng)上，一旦發(fā)生地震、水災(zāi)、森林火災(zāi)等災(zāi)害，利用GPS技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地確定災(zāi)情的發(fā)生地點(diǎn)、災(zāi)情的發(fā)展趨勢(shì)以及受災(zāi)的范圍。據(jù)此，國(guó)家相關(guān)部門(mén)可以快速采用相應(yīng)的措施，進(jìn)行救災(zāi)活動(dòng)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能，多用于在緩慢變形中存在突變的變形和工程結(jié)構(gòu)物在外力作用下的振動(dòng)變形。工程結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)變形量及其振動(dòng)頻率是工程結(jié)構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)，通常，傳統(tǒng)的加速度儀器的測(cè)量發(fā)放不能精確的測(cè)量出工程建筑物在外力作用下的整體位移，給工程結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)和健康帶來(lái)了很大的困難。國(guó)際上將GPS技術(shù)用于大型工程結(jié)構(gòu)物動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，國(guó)際上開(kāi)始將GPS技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型工程結(jié)構(gòu)物的動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)工作。之后，各國(guó)學(xué)者對(duì)此都進(jìn)行了一系列科學(xué)的實(shí)驗(yàn)性工作，并取得了一些成功的案例。對(duì)于近代的工程施工技術(shù)來(lái)說(shuō)，GPS定位技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域取得了快速發(fā)展。RTK是根據(jù)GPS的相對(duì)定位概念，建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位的基礎(chǔ)之上，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)地將采集的載波相位觀測(cè)量和基準(zhǔn)站坐標(biāo)信息一同發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站一邊接收基準(zhǔn)站的載波相位，一邊接收衛(wèi)星的載波相位，并組成相位差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)成果。RTK作業(yè)模式主要有：1）快速靜態(tài)測(cè)量，采用這種模式，要求GPS接收機(jī)在用戶(hù)站上靜止地進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)的過(guò)程中，連同接收基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算整周未知數(shù)和用戶(hù)站的三維坐標(biāo)。用戶(hù)站的GPS接收機(jī)在流動(dòng)過(guò)程之中，可以不必保持對(duì)GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤；2）準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，在流動(dòng)過(guò)程之中，要求保持對(duì)于GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，否則進(jìn)行重新初始化；3）動(dòng)態(tài)測(cè)量，與前面相同首先要靜止觀測(cè)數(shù)分鐘，以完成初始化，運(yùn)動(dòng)的接收機(jī)以預(yù)定的時(shí)間間隔采樣，確定位置。在流動(dòng)過(guò)程當(dāng)中，要求保持對(duì)GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。6.1靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)[4]主要用于建立工程控制網(wǎng)。之后再利用其它測(cè)量方法進(jìn)行加密的附合導(dǎo)線測(cè)量?？刂凭W(wǎng)的常規(guī)控制測(cè)量方法主要包括三角測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量，測(cè)量方法通常是先布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，在國(guó)家高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上加密次級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)，以往是利用全站儀及棱鏡等實(shí)施，而在這一過(guò)程中要求點(diǎn)間必須通視，而且外業(yè)中不能及時(shí)知道測(cè)量成果的精度，耗力費(fèi)時(shí)。GPS靜態(tài)相對(duì)定位系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，無(wú)需點(diǎn)間通視．就能高精度地進(jìn)行測(cè)定，還可以高精度快速地測(cè)定各等級(jí)控制點(diǎn)的坐標(biāo)。6.2動(dòng)態(tài)GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用1）在施工放樣中的運(yùn)用過(guò)程：放樣其實(shí)是測(cè)量坐標(biāo)的一個(gè)反過(guò)程，主要是把圖上設(shè)計(jì)的坐標(biāo)與高程在實(shí)地標(biāo)定出來(lái)。以往主要采用全站儀和棱鏡放樣。一般至少需要兩人合作，且必須要求放樣點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)通視，若不通視的話(huà)還需要進(jìn)行轉(zhuǎn)站。若附近沒(méi)有控制點(diǎn)，則必須先引點(diǎn)。而對(duì)于目前的GPS技術(shù)而言，在放樣的過(guò)程中，只要把放樣的點(diǎn)坐標(biāo)輸入手簿中，測(cè)量員只需要背著GPS接收器，根據(jù)其顯示提示測(cè)量員走到放樣點(diǎn)位上，因此十分輕松快捷。由于RTK技術(shù)精度較高，各放樣點(diǎn)的誤差影響也是獨(dú)立的。因此已經(jīng)被很多測(cè)繪單位所應(yīng)用，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)RTK的放樣精度，指導(dǎo)在工程中的應(yīng)用以及質(zhì)量控制至關(guān)重要。2）在地籍測(cè)量中的應(yīng)用：地籍測(cè)量中應(yīng)用RTK技術(shù)測(cè)定每一宗土地的測(cè)繪地籍圖以及權(quán)屬界址點(diǎn)，由于RTK技術(shù)采集精度很高，將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GPS系統(tǒng)，可及時(shí)、精確地獲得地籍圖。在建設(shè)用地勘測(cè)定界測(cè)量中，RTK技術(shù)可以實(shí)時(shí)地測(cè)定界樁位置，確定土地使用界限范圍、計(jì)算用地面積。在土地利用動(dòng)態(tài)檢測(cè)中，也可利用RTK技術(shù)。應(yīng)用這種新技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)則可提高檢測(cè)的速度和精度，省時(shí)省工，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。保證了土地利用狀況調(diào)查的現(xiàn)實(shí)性。3）在地形測(cè)圖中的應(yīng)用：由于RTK技術(shù)可進(jìn)行實(shí)時(shí)定位以達(dá)到厘米級(jí)的精度，因此，RTK技術(shù)可用于地形測(cè)圖、控制測(cè)量、地籍等測(cè)量中。地形測(cè)圖通常是用全站儀采集地物碎部點(diǎn)和地形，利用測(cè)圖軟件電腦成圖。其要求是不僅測(cè)站點(diǎn)與被測(cè)的地物、地貌碎部點(diǎn)之間通視，而且還需要2～3人同時(shí)進(jìn)行操作。而采用RTK技術(shù)卻擁有很大的優(yōu)點(diǎn)，在進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，一人只需在基準(zhǔn)站架好儀器，另一人背著儀器到每個(gè)碎部點(diǎn)立桿并通過(guò)電子手簿輸入特征編碼記錄數(shù)據(jù)，一般取3s作為一個(gè)記錄單元。在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，要求測(cè)量人員立點(diǎn)要準(zhǔn)確，盡量穩(wěn)住對(duì)中桿，同時(shí)畫(huà)出草圖，以便內(nèi)業(yè)整圖時(shí)提供參考。點(diǎn)位精度在符合要求的情況下。在測(cè)定一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形、地物點(diǎn)位，測(cè)定完成回到室內(nèi)，再用傳輸線將數(shù)據(jù)導(dǎo)人微機(jī)，由專(zhuān)業(yè)繪圖軟件編制地形圖。6.3動(dòng)態(tài)GPS在高速公路工程測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)在高速公路測(cè)量中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)。由上節(jié)內(nèi)容可知，RTK定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS（RTDGPS）技術(shù)，動(dòng)態(tài)定位模式在高速公路勘測(cè)階段，可以完成橫斷面測(cè)量、地形測(cè)繪、縱斷面地面線測(cè)量中、樁測(cè)量等工作。在不需通視的情況下，這個(gè)測(cè)量過(guò)程測(cè)量l～3s，精度就可以達(dá)到10～30mm的厘米級(jí)別，這種技術(shù)要比常規(guī)測(cè)量?jī)x器（如全站儀）要優(yōu)越許多。因此RTK技術(shù)優(yōu)越性十分明顯：經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測(cè)量成果實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示出來(lái)；減少了由于誤差造成的不必要的返工，從而提高了工程施工效率：作業(yè)效率高，每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1～2s，流動(dòng)站小組作業(yè)（1～3人）可完成中線測(cè)量5～10km。若用其進(jìn)行地形測(cè)量，每小組每天完成0.8～1.5（km）的地形測(cè)繪，其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的；在中線放樣的同時(shí)完成中樁抄平工作：應(yīng)用范圍廣一可以函蓋公路測(cè)量（包括平、縱、橫），施工放樣，監(jiān)理?？⒐y(cè)量，GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面；如輔助相應(yīng)的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢(shì)。7GPS在工程測(cè)量中的實(shí)施7.1選點(diǎn)與建立標(biāo)志選點(diǎn)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件:點(diǎn)位應(yīng)選在交通方便、易于安置接收設(shè)備的地方,且視場(chǎng)要開(kāi)闊;GPS點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)對(duì)電磁波接收有干擾的物體,如微波站、電視臺(tái)、高壓線、大面積水域等。7.2外業(yè)觀測(cè)GPS外業(yè)觀測(cè)主要包括天線安置、觀測(cè)作業(yè)和觀測(cè)記錄等。7.2.1天線安置天線安置的內(nèi)容包括對(duì)中、整平、定向和量測(cè)天線高。進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位時(shí),天線應(yīng)架設(shè)在三角架上,并安置在標(biāo)志中心的上方直接對(duì)中,天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡須居中。定向是使天線的定向標(biāo)志線指向正北,定向誤差一般≤±3°～5°。天線高是指天線的相位中心至觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心的垂直距離。7.2.2觀測(cè)作業(yè)觀測(cè)作業(yè)的主要任務(wù)是捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)對(duì)其進(jìn)行跟蹤、接收和處理,以獲取所需的定位信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)。天線安置完成后,將GPS接收機(jī)安置在距天線不遠(yuǎn)的安全處,接通接收機(jī)與電源、天線的連接電纜,經(jīng)檢查無(wú)誤后,在約定的時(shí)間打開(kāi)電源,啟動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)。7.2.3觀測(cè)記錄觀測(cè)記錄的方式一般有兩種:(1)由接收機(jī)自動(dòng)形成,并保存在接收機(jī)存儲(chǔ)器中供隨時(shí)調(diào)用和處理；(1)測(cè)量手簿,由觀測(cè)人員填寫(xiě)。觀測(cè)記錄是GPS定位的原始數(shù)據(jù),也是進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理的唯一依據(jù),必須要真實(shí)、準(zhǔn)確。7.3成果校核與數(shù)據(jù)處理觀測(cè)成果應(yīng)進(jìn)行外業(yè)校核,這是確保外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)預(yù)期定位精度的重要環(huán)節(jié)。觀測(cè)任務(wù)結(jié)束后,必須及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行校核,對(duì)于外業(yè)預(yù)處理成果,要按《規(guī)范》要求嚴(yán)格檢查、分析,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格成果,并根據(jù)情況采取重測(cè)或補(bǔ)測(cè)措施。成果校核無(wú)誤后,即可進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程大體可分為:預(yù)處理,平差計(jì)算,坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換或與已有地面網(wǎng)的聯(lián)合平差。8GPS在工程測(cè)量實(shí)施中的注意事項(xiàng)(1)開(kāi)機(jī)后必須等衛(wèi)星跟蹤燈慢閃,表示正在跟蹤4顆或4顆以上衛(wèi)星后才可以按下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)鍵。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)燈開(kāi)始會(huì)長(zhǎng)亮表示正在存儲(chǔ),然后慢閃表示已存儲(chǔ)夠快速靜態(tài)數(shù)據(jù)；需要注意的是外業(yè)觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)時(shí)常注意查看數(shù)據(jù)存儲(chǔ)燈和電池LED指示燈,如果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)燈快閃表示正在存儲(chǔ)但數(shù)據(jù)快滿(mǎn),燈熄表示停止存儲(chǔ),數(shù)據(jù)PC卡已滿(mǎn);電池LED指示燈綠色表示正在使用,黃色表示正待用,常亮表示夠用，綠燈慢閃表示低電,黃燈慢閃表示壞的,燈關(guān)閉表示無(wú)電。(3)外業(yè)觀測(cè)后應(yīng)及時(shí)導(dǎo)出所測(cè)數(shù)據(jù),刪除多余數(shù)據(jù)并為第二天留出記錄空間。(4)GPS儀器的選用要選擇精度不低于基線精度5mm+1×10-6、高程精度10mm+2×10-6,性能較為穩(wěn)定且