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【摘要】近年来，随着我国经济的快速发展，GPS 技术应用研究的逐步深入，全球定位系统已广泛应用于工程建设领域中。本文对GPS的构成和GPS 工程测量的特点进行了分析，重点阐述了GPS 在工程测量中的应用以及GPS 工程测量的误差处理技术问题。
【关键词】GPS 测量 工程 应用
中图分类号：P2文献标识码： A
随着经济技术的快速发展， 计算机技术和电子技术不断被运用于工程测绘工作中。国际上工程测绘工作越来越多的采用GPS 测量技术，使得GPS 测量技术得到了科学的发展。GPS 测量技术可以适用于各种规模和类型的工程是由于GPS 测量技术是利用现代的电子技术再结合传统的测量工艺进行有机的结合。在使用GPS 测量技术进行测量工作过程中需要严格要求测量人员。对各个操作流程进行有效地控制以实现测量结果具有足够的准确度和科学性。
一、GPS 系统概述
1、GPS 系统组成
GPS 全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成。此外， 测量用户还有卫星接收设备。GPS 的空间卫星群由24 颗高约20 万公里的GPS 卫星群组成， 并均匀分布在6 个轨道面上， 卫星的轨道运行周期为11 小时58 分， 这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以同时接收4～11 颗GPS 卫星发送出的信号。GPS 用户部分由GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成， 其作用是接收GPS 卫星发出的信号， 利用信号进行导航定位等。
2、GPS 测量的技术特点
（1）测站之间无需通视。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。
（2）定位精度高： 一般双频GPS 接收机基线解精度为5mm +1 ×D， 而红外仪标称精度为5mm+5×D， 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。
（3）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~ 40 m in左右, 采用快速静态定位方法, 观测时间更短。
（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。
（5）操作简便。GPS 测量的自动化程度较高。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。
（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。
在中国GPS定位技术的应用已深入各个领域, 国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS技术。在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用GPS 技术。
二、GPS 在工程测量中的应用
1、常规静态测量
这种模式采用两台（或两台以上）GPS 接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4 颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45min 以上的时间。这种模式一般可以达到5mm+1ppm 的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。
2、快速静态测量
这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS 接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5 颗以上卫星可供观测：流动点与基准点相距应不超过20km。
3、准动态测量
这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS 接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5 颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式：这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星，流动接收机在初始化后开始连续运动，并按指定的时间间隔自动记录数据，这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。
4、实时动态测量
实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。这种模式具体方法是：在一个已知测站上架设GPS 基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。DGPS 通常叫做实时差分测量，精度为亚米级到米级。这种方式是基准站将基准站上测量得到的RTCM 数据通过数据链传输到移动站，移动站接收到RTCM 数据后，自动进行解算，得到经差分改正以后的坐标。RTK 则是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 测量(图1所示）。它是GPS 测量技术发展中的一个新突破。它的工作思路与DGPS 相似，只不过是基准站将观测数据发送到移动站（而不是发射RTCM 数据）。移动站接收机再采用更先进的在机处理方法进行处理，从而得到精度比DGPS 高得多的实时测量结果，其精度要求如表1所示。这种方法的精度一般为2cm 左右。
表1RTK平面控制点检核质量控制要求
三、GPS 技术在工程施工中应用的问题与思考
1、仪器选型问题
接收机型号、生产厂家众多, 精度和基本功能相似, 但稳定性、抗干扰能力、接收和处理信号能力、困难条件下跟踪能力、初始化速度相差很大, 尤其是RTK作业。用于工程施工测量的仪器, 稳定性和可靠性至关重要, 因此, 应多渠道、全方位调查、了解, 并尽可能通过实测检验。
2、布网问题
控制网应采用边连式和网连式, 长大线路, 水利枢纽, 桥梁隧道进、出口间控制点联接方式最好采用网连式, 以增加检核条件, 提高可靠性（如图2所示）。
图2GPS控制网布设
3、观测时段选择
实施外业观测前应收集最新的卫星星历, 选择卫星数大于5, 且PDOP 值小于8( B 级网应小于6) 的时段安排观测。
4、基线解算
基線解算时, 不仅要看三个控制参数( 比率、参考变量、方差RMS) , 还应分析残差图, 通过对比所有相关基线的残差图, 来决定卫星信号的删减( 删减哪个点号、哪颗卫星、哪个时间段的信号) 。如果某个时段大部分基线均不合格, 则应考虑调整卫星截止高度角( 一般宜为15°～20°)。处理时应注意卫星信号删除率不应大于10 % , 且应保证有效观测卫星数、任一卫星有效观测时间等满足规范要求, 否则应考虑重测或重新选点。
5、起算点的选择
一般应选择3～5 个观测条件好、桩位稳固的控制点作为平差的约束条件。
6、约束条件的选择
确定约束条件之前, 应充分了解控制点的精度及点位保护情况, 以免因精度低给控制网带入粗差, 破坏GPS 网内的精度。
7、平差系统选择
选择科傻GPS 平差系统, 该系统通过了国家权威机构认证; 较好地符合规范要求和工程实际, 能进行二维网联合平差( 多约束条件) , 也可进行“一点加一方向”平差, 满足在缺少高精度控制点的情况下既最大限度地与设计吻合, 又不致于破坏GPS 网内精度; 平差结果直观、报告齐全。
结论
综上所述， GPS 测量技术不同于传统的测量技术， GPS 测量技术能够显著地提高工程测量的效率和可靠性， 降低测量作业的强度， 将测量技术人员从实地测量工作中解放出来。然而应用GPS 测量技术时也容易产生一些难以被察觉的错误， 这就要求广大工程测量技术人员不断地探索和总结GPS 技术在工程测量实践中的运用方法，充分发挥GPS 技术的应用价值。
【参考文献】
[1] 吉星升， 董军.GPS 技术在工程测量中应用现状及其局限性[J] .中国测量， 2009（06） .
[2] 马捷.提高GPS RTK 测点精度和可靠性的探讨[J] .中州煤炭， 2008（02） .
【关键词】GPS 测量 工程 应用
中图分类号：P2文献标识码： A
随着经济技术的快速发展， 计算机技术和电子技术不断被运用于工程测绘工作中。国际上工程测绘工作越来越多的采用GPS 测量技术，使得GPS 测量技术得到了科学的发展。GPS 测量技术可以适用于各种规模和类型的工程是由于GPS 测量技术是利用现代的电子技术再结合传统的测量工艺进行有机的结合。在使用GPS 测量技术进行测量工作过程中需要严格要求测量人员。对各个操作流程进行有效地控制以实现测量结果具有足够的准确度和科学性。
一、GPS 系统概述
1、GPS 系统组成
GPS 全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成。此外， 测量用户还有卫星接收设备。GPS 的空间卫星群由24 颗高约20 万公里的GPS 卫星群组成， 并均匀分布在6 个轨道面上， 卫星的轨道运行周期为11 小时58 分， 这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以同时接收4～11 颗GPS 卫星发送出的信号。GPS 用户部分由GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成， 其作用是接收GPS 卫星发出的信号， 利用信号进行导航定位等。
2、GPS 测量的技术特点
（1）测站之间无需通视。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。
（2）定位精度高： 一般双频GPS 接收机基线解精度为5mm +1 ×D， 而红外仪标称精度为5mm+5×D， 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。
（3）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~ 40 m in左右, 采用快速静态定位方法, 观测时间更短。
（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。
（5）操作简便。GPS 测量的自动化程度较高。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。
（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。
在中国GPS定位技术的应用已深入各个领域, 国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS技术。在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用GPS 技术。
二、GPS 在工程测量中的应用
1、常规静态测量
这种模式采用两台（或两台以上）GPS 接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4 颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45min 以上的时间。这种模式一般可以达到5mm+1ppm 的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。
2、快速静态测量
这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS 接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5 颗以上卫星可供观测：流动点与基准点相距应不超过20km。
3、准动态测量
这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS 接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5 颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式：这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星，流动接收机在初始化后开始连续运动，并按指定的时间间隔自动记录数据，这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。
4、实时动态测量
实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。这种模式具体方法是：在一个已知测站上架设GPS 基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。DGPS 通常叫做实时差分测量，精度为亚米级到米级。这种方式是基准站将基准站上测量得到的RTCM 数据通过数据链传输到移动站，移动站接收到RTCM 数据后，自动进行解算，得到经差分改正以后的坐标。RTK 则是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 测量(图1所示）。它是GPS 测量技术发展中的一个新突破。它的工作思路与DGPS 相似，只不过是基准站将观测数据发送到移动站（而不是发射RTCM 数据）。移动站接收机再采用更先进的在机处理方法进行处理，从而得到精度比DGPS 高得多的实时测量结果，其精度要求如表1所示。这种方法的精度一般为2cm 左右。
表1RTK平面控制点检核质量控制要求
三、GPS 技术在工程施工中应用的问题与思考
1、仪器选型问题
接收机型号、生产厂家众多, 精度和基本功能相似, 但稳定性、抗干扰能力、接收和处理信号能力、困难条件下跟踪能力、初始化速度相差很大, 尤其是RTK作业。用于工程施工测量的仪器, 稳定性和可靠性至关重要, 因此, 应多渠道、全方位调查、了解, 并尽可能通过实测检验。
2、布网问题
控制网应采用边连式和网连式, 长大线路, 水利枢纽, 桥梁隧道进、出口间控制点联接方式最好采用网连式, 以增加检核条件, 提高可靠性（如图2所示）。
图2GPS控制网布设
3、观测时段选择
实施外业观测前应收集最新的卫星星历, 选择卫星数大于5, 且PDOP 值小于8( B 级网应小于6) 的时段安排观测。
4、基线解算
基線解算时, 不仅要看三个控制参数( 比率、参考变量、方差RMS) , 还应分析残差图, 通过对比所有相关基线的残差图, 来决定卫星信号的删减( 删减哪个点号、哪颗卫星、哪个时间段的信号) 。如果某个时段大部分基线均不合格, 则应考虑调整卫星截止高度角( 一般宜为15°～20°)。处理时应注意卫星信号删除率不应大于10 % , 且应保证有效观测卫星数、任一卫星有效观测时间等满足规范要求, 否则应考虑重测或重新选点。
5、起算点的选择
一般应选择3～5 个观测条件好、桩位稳固的控制点作为平差的约束条件。
6、约束条件的选择
确定约束条件之前, 应充分了解控制点的精度及点位保护情况, 以免因精度低给控制网带入粗差, 破坏GPS 网内的精度。
7、平差系统选择
选择科傻GPS 平差系统, 该系统通过了国家权威机构认证; 较好地符合规范要求和工程实际, 能进行二维网联合平差( 多约束条件) , 也可进行“一点加一方向”平差, 满足在缺少高精度控制点的情况下既最大限度地与设计吻合, 又不致于破坏GPS 网内精度; 平差结果直观、报告齐全。
结论
综上所述， GPS 测量技术不同于传统的测量技术， GPS 测量技术能够显著地提高工程测量的效率和可靠性， 降低测量作业的强度， 将测量技术人员从实地测量工作中解放出来。然而应用GPS 测量技术时也容易产生一些难以被察觉的错误， 这就要求广大工程测量技术人员不断地探索和总结GPS 技术在工程测量实践中的运用方法，充分发挥GPS 技术的应用价值。
【参考文献】
[1] 吉星升， 董军.GPS 技术在工程测量中应用现状及其局限性[J] .中国测量， 2009（06） .
[2] 马捷.提高GPS RTK 测点精度和可靠性的探讨[J] .中州煤炭， 2008（02） .