GPS測(cè)量在工程中的應(yīng)用

1、GPS測(cè)量在工程中的應(yīng)用    摘要：本人從以下幾個(gè)方面介紹了GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用，定位精度以及GPS高程在小面積工程測(cè)量中的應(yīng)用，其他技術(shù)特點(diǎn)，并分析了GPS高差精度，以供同行參考。關(guān)鍵詞：工程測(cè)量,GPS技術(shù),精度1、GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用GPS的出現(xiàn)給工程測(cè)量領(lǐng)域帶來了根本性的變革，具體表現(xiàn)：在大地測(cè)量方面，GPS定位技術(shù)以其精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于大地控制測(cè)量中。時(shí)至今日，可以說GPS定位技術(shù)已完全取代了用常規(guī)測(cè)角、測(cè)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(diǎn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(jì)建設(shè)服務(wù)。在工程測(cè)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(jìn)行各級(jí)工程控制網(wǎng)的測(cè)量、GPS用于精密工程測(cè)量和工程變形監(jiān)測(cè)、利用GPS進(jìn)行機(jī)載航空攝影測(cè)量、利用RTK技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)位的

3、測(cè)設(shè)等。在災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，GPS可用于地震活躍區(qū)的地震監(jiān)測(cè)、大壩監(jiān)測(cè)、油田下沉、地表移動(dòng)和沉降監(jiān)測(cè)等，此外還可以用來測(cè)定極移和地球板塊的運(yùn)動(dòng)。2、GPS定位系統(tǒng)的特點(diǎn)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(diǎn)著稱，定位技術(shù)能夠達(dá)到毫米級(jí)的靜態(tài)定位精度和厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)定位精度比其它導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。3、GPS測(cè)量的特點(diǎn)GPS可為各類用戶連續(xù)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度及時(shí)間信息。GPS測(cè)量主要特點(diǎn)如下：3.1功能多、用途廣GPS系統(tǒng)不僅可以用于測(cè)量、導(dǎo)航，還可以用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0.1M/S，測(cè)時(shí)的速度可達(dá)幾十毫

4、微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。3.2定位精度高大量的實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用表踢，用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位，在小于50KM的基線上，相對(duì)定位精度可達(dá)110210，而在100KM500KM的基線上可達(dá)10一10。隨著觀測(cè)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(duì)定位精度達(dá)到或優(yōu)于10一。在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)和實(shí)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)，能滿足各種工程測(cè)量的要求。3.3實(shí)時(shí)定位利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，即可實(shí)時(shí)確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度，可實(shí)時(shí)保障運(yùn)動(dòng)載體沿預(yù)定航線運(yùn)行，亦可選擇最佳路線。特別是對(duì)軍事上動(dòng)態(tài)目標(biāo)的導(dǎo)航，具有十分重要的意義。3.4觀測(cè)

5、時(shí)間短目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)相對(duì)定位模式，觀測(cè)20KM以內(nèi)的基線所需觀測(cè)時(shí)間，對(duì)于單頻接收機(jī)在1h左右，對(duì)于雙頻接收機(jī)僅需15min一20min。采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式，流動(dòng)站初始化觀測(cè)1min一5min后，并可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。利用GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)，可縮短觀測(cè)時(shí)間，提高作業(yè)效益3.5 觀測(cè)站之間無需通視經(jīng)典測(cè)量技術(shù)需要保持良好的通視條件，又要保障測(cè)量控制網(wǎng)的良好圖形結(jié)構(gòu)。而GPS測(cè)量只要求測(cè)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(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)即可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間(一般造標(biāo)費(fèi)用約占總經(jīng)費(fèi)的30%-50%)。

6、同時(shí)，也使選點(diǎn)工作變得非常靈活，完全可以根據(jù)工作的需要來確定點(diǎn)位，可通視也使用電位的選擇變得更靈活，可省去經(jīng)典測(cè)量中的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測(cè)量工作。不過也應(yīng)指出，GPS測(cè)量雖然不要求觀測(cè)站之間相互通視，但為了方便常規(guī)方法聯(lián)測(cè)定需要。在布設(shè)GPS點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該保證至少一個(gè)方向通視。3.6 操作簡(jiǎn)便的GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高對(duì)于“智能型”接收機(jī)，在觀測(cè)中測(cè)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(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成。結(jié)束觀測(cè)時(shí)，僅需關(guān)閉電源，收好接機(jī)，便完成野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。如果在一個(gè)測(cè)站上需要做較長時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，還可

7、以實(shí)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(cè)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集與處理。GPS用戶接收機(jī)一般重量較輕，體積較小，例如，Ashtech單頻接收機(jī)一LOCUS最大重量1.4Kg，是天線，主機(jī)，電源組合在一起的一體機(jī)，自動(dòng)化程度高，野外測(cè)量時(shí)僅“一鍵”開關(guān)，攜帶和搬運(yùn)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(cè)量將平面和高程采用不同方法分別施測(cè)。GPS測(cè)量中，在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)量觀測(cè)站的大地高程。GPS測(cè)量的這一特點(diǎn)，不僅為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程開辟了新途徑，同時(shí)也為其在航空物探，航空攝影測(cè)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(jì)算的，因此全球不同點(diǎn)的測(cè)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(diǎn)，任何時(shí)候進(jìn)行項(xiàng)觀測(cè)工作，通常情況下，除雷雨天氣不宜觀測(cè)，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(duì)經(jīng)典測(cè)量技術(shù)的一次重大突破。一方面，它是經(jīng)典的測(cè)量理論與方法產(chǎn)生了深刻的變革;另一方面，也進(jìn)一步加強(qiáng)了測(cè)量學(xué)與其他學(xué)科之間的相互滲透，從而促進(jìn)了測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。4、GPS測(cè)量及四等光電測(cè)距三角高程測(cè)量4.1 GPS測(cè)量E級(jí)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(tái)靈銳S-82型雙頻接收機(jī)，為確保觀測(cè)質(zhì)量，預(yù)先根據(jù)星歷預(yù)報(bào)編制觀測(cè)計(jì)劃.GPS觀測(cè)時(shí)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(cè)中作業(yè)模式采用靜態(tài)觀測(cè)，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(cè)時(shí)間為40min一50min。天線斜高分別在測(cè)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(cè)距三角高程測(cè)量光電測(cè)距三角高程測(cè)量，采用拓普康GTP-3005LN型全站儀進(jìn)行施測(cè)。距離及高差均采用正倒鏡各測(cè)4次進(jìn)行往返測(cè)，取往返測(cè)平均值使用。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足光電測(cè)距高程導(dǎo)線測(cè)量規(guī)范的要求。5、GPS高差與三角高差的差值分析對(duì)比數(shù)據(jù)由GPS網(wǎng)中隨機(jī)抽取，共抽取8條基線，并對(duì)其進(jìn)行三角高差測(cè)量。按光電測(cè)距高程導(dǎo)線測(cè)量規(guī)范的要求的四等高程導(dǎo)線往返高差限差h=±45s計(jì)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(dá)到了四等高程導(dǎo)線的精度。6、結(jié)語檢測(cè)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(cè)區(qū)內(nèi)如果