GPS技术在工程测量中的应用

【摘 要】GPS技术作为新形式的工程测量技术,已在工程测量中得到广泛应用,本文在概述GPS技术、分析GPS技术的原理与优势特点基础上,重点探讨了GPS技术在工程测量中的应用.

【关 键 词】GPS；工程测量；应用

1GPS技术概述

全球定位系统GPS（GlobalPositioningSystem）是美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统,由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成,其具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,具有良好的抗干扰性和保密性.因此,GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用,并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用.而一直以来我国普遍运用常规的传统技术手段来实现工程测量,例如用水准仪、全站仪以及测距器来定位工程的控制网,随着科技的进步以及工程测量的发展,GPS技术以其诸多优势,正逐步替代传统的测量工具.

2GPS技术的原理

2.1GPS技术的基本原理

GPS技术的基本原理是依靠高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置.GPS在技术上主要是在目标点设置一个GPS接收机,在某一时间同时接收三颗以上GPS卫星所发出的数据,通过对数据的处理和计算,得出这一时间内GPS接收机到GPS卫星的距离,并获得这些卫星的三维坐标,用距离交会的方法计算出目标点的三维坐标.

2.2GPS工程测量的优势

在实际工程测量中,相对于常规测量来说,GPS测量的优势十分明显,具体而言,具有以下优势特点：

2.2.1测量精度高.GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50km的基线上,其相对定位精度可达1×10-6,在大于1000km的基线上可达1×10-8.

2.2.2测站间无需通视.GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便,单人即可独立作业.

2.2.3观测时间短.进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20min左右,动态相对定位仅需几秒钟,工作效率大大提高.

2.2.4仪器操作简便.观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录.

2.2.5全天候作业.GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响.

2.2.6提供三维坐标.GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求.

3GPS技术在工程测量中的应用

GPS技术在当前已经广泛应用于我国工程测量领域中,特别是在野外作业,并相应的进行了实用开发研究.

3.1静态GPS相对定位的应用

所谓静态相对定位,指的是需要两台或以上的接收机,同时对卫星信号进行接收,然后处理相关数据,精确计算控制点三位坐标,并根据其中某点的坐标位置,精确求出另外一点的坐标位置,静态相对定位具有很强的精度,在我国野外工程测量中,应用得最为频繁.诸如位移监测、地球定位测量、大型工程野外涵洞隧道精确定位.

在我国公路的工程测量中,特别是高速公路,其线路的勘测定位有着十分高的精度.高速公路通畅延绵千里,已知的控制点少之又少,野外需要确定的控制点多不胜数,若是用常规工程测量手段,给工程带来十分繁琐的同时,还满足不了工程的精度要求.GPS测量技术刚好能弥补这一缺陷.随着我国GPS在公路工程的应用,国内已经利用GPS技术布控首级高精度的控制网,比如在杭金衡、沪杭、沪宁、石太等高速公路中都采用了GPS测量技术.在野外,用GPS技术定位公路的控制点,几十公里出现的误差在2cm范围内,这是常规测量手段无法比拟的.在一般的工程测量中,控制网的布置、检测以及桩位的放样都是测量在主要任务,在传统的测量工程,一般采用的是将控制网设置成线形网或者是环状网,经常利用经纬仪以及测距仪,更有甚者单面利用全站仪进行数据的测量工作,其实这样的配合测量工作所需要的时间相当长,花费的财力也十分巨大,因此,GPS静态定位呼之欲出.前面分析的GPS定位法,其进行的静态定位,几乎不受到天气环境等相关因素的困扰,使用十分方便,在监测的同时,精确度相当高,大力缩短了测量时间,提高了测量效率.

GPS工程测量技术除了在公路测量中应用之外,在我国大型桥梁以及隧道工程测量中也不可或缺,GPS技术不需要全线通视,能形成画面清晰的图像,这点在无检核的支点的量测应用十分重要和方便.我们比较熟悉的江阴长江大桥,在其常规精密边角网进行检测时便应用了此技术.实现运用普通测量方式,建立精度达到要求的边角网,在此基础上,使用GPS检测边角网,因为GPS有着毫米计精度的优势,在测量边角网时,能符合其精度.

在我国工程测量领域,航测是最需要技术以及最严精度要求的,GPS技术完全能满足相关技术要求,因而在航测领域也有GPS一席之地.尤其在铁路建设过程中,航测技术十分重要.当前的航测成图过程中,几乎任何一对图像都必须拥有满足技术要求数量的共同控制点,只有如此,图片之间才能产生自动纠正,我们所知道的传统测量方法,必须占据很多平面以及高程二维坐标,在占据坐标位置的同时,必然浪费大量时间,由于人为因素,往往使测量精度远远不能达到技术要求.比如在深圳地铁工程中,其工程测量就采用了GPS航测技术,所成的图像沿一字排开,便于人工处理.

3.2动态GPS相对定位的应用

GPS动态测量就是用GPS信号实时地测得运动目标相对于某一参考系的位置、时间、姿态、速度和加速度等状态参数.利用安设在运动载体上的GPS接收机实时测得GPS信号接收机天线所在的位置,称为GPS实时动态定位.相对静态GPS相对定位而言,动态GPS相对定位指的是固定一台接收机,以此当基准站,同时,另外的接收机在不断处于运动状态,以此当流动站.动态GPS相对定位技术,利用比较两站之间相互信号的差别,通过计算,得出各个流动站在任意时刻的位移以及位置坐标.GPS动态测量的差分数据一般有两种处理方式,一种是即时处理,一种是滞后处理.所谓即时处理,指的是及时将基准站的测量信息传输到流动站,进行对比加工,其重要的步骤是及时形成数据链,用于实时传送信息数据；所谓滞后处理,就是不需要及时将基准站的测量信息传输到流动站,只在后期进行处理相关数据.

动态GPS相对定位一般用于道路勘测,这种技术在我国的应用还在初级阶段,还并不成熟,相反,动态GPS相对定位技术在国外已经取得相当大的成果.在加拿大卡,一所大学里有一种全新的动态定位系统,整个系统由一台捷联式惯性系该、两台GPS接收机和一台微机组成,其主要作用是为道路勘测作出直线以及曲线的定位,在养路方面有着十分重要的作用.

4结语

随着工程测量精度要求的提高,GPS技术的应用也日益广泛,在传统测量仪器的弊端逐渐显现的今天,GPS所具有的优势愈加明显.我国无论是大型的桥梁工程,还是误差精确的高级公路工程,GPS都能够在很短的时间内,作出精确的测量来进行准确定位.随着GPS静态以及动态相对定位技术的日益成熟,相信未来的工程测量领域,GPS技术必然是主导测量手段.