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框架或全國高精度坐標框架或全國高精度坐標框架，為全球性地球動力學和空間科學方面的科學研究工作服務(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)進行導航，即可實時確定運動目標的三維位置和速度，可實時保障運動載體沿預定航線運行，亦可選擇最佳路線。特別是對軍事上動態(tài)目標的導航，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。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與其他學科之間的相互滲透，從而促進了測繪科學技術(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，預先根據(jù)星歷預報編制觀測計劃.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。各項指標均滿足光電測距高程導線測量規(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。按光電測距高程導線測量規(guī)范的要求的四等高程導線往返高差限差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高差而應(yīng)用于施工當中。由此可見，在小面積的測區(qū)內(nèi)如果