关于GPS在工程测量中的应用探讨

关于GPS在工程测量中的应用探讨

本文主要概述了GPS的组成及其测量原理，并对GPS测量技术在工程测量中的应用进行详细分析。

标签：GPS 工程测量 应用发展

1前言

GPS又称为全球定位系统，于20世纪中期便得到了广泛的研究和应用，并经历了从简单技术到高精度测量的发展过程。全球定位系统的工作原理是通过卫星进行实时的测距及测时，并构成全球定位网络。GPS具有时效性高、精度高、操作简单、信号稳定等显著特点，在通信、工业测量、航天产业等均有不同程度的应用。我国在工程测量中GPS的应用时间并不长，但已取得了较好的应用效果。现阶段，我国主要通过GPS与现代通信技术的结合完成对工程项目相关数据的测量，在测量精度以及效率方面均有了大幅提升。

GPS最早应用是车辆导航，随着科学技术的迅速发展，GPS已逐渐在多个领域中得以普及，其中最重要的就是工程测量，GPS在工程测量中的应用为工程建设的质量带来了创造性的变革。我国GPS技术的首次应用在20世纪80年代，当时的GPS系统主要用于航天航空事业。现在，GPS技术已经逐渐深入到各个行业和领域，在很大程度上推进了我国科学研究、工程建设等诸多方面的迅速发展。

2 GPS的组成及其测量原理

2.1空间定位系统

GPS的定位功能主要由卫星来完成。要完成精确的定位需要24颗卫星在不同的轨道平面内进行全面的观测。通常在一个轨道平面内会分布3～4颗卫星，不同轨道直接的夹角通常在60°左右，并与赤道平面保持55°夹角。每条轨道都在距离地球表面2万km的高空上。卫星采用这一分布方式能够保证始终有至少4颗卫星在同一时刻检测地球上的任意区域，继而加强测量数据的精确性。

2.2地面信息接收部分

GPS系统核心部分是地面信息接收系统，其结构主要包括主控站、注入站和监测站三部分。地面信息接收系统的主要作用是及时接受卫星发出的信息，并确认卫星的工作状态，对GPS系统进行整体调控。地面信息接收系统需要接收并处理大量的信息数据，并对相关数据进行计算及核对，排除数据误差。核对后的数据还要进一步转变为具体信息，并将其输入相应的处理设备加以处理并保存。

2.3信息终端

信息终端主要由电源、信息处理器、天线等几个部分组成。从大体上可以分为卫星的选择，定位数据的接收、分析、传输等。信息终端还承担着整个系统的安全性维护的作用，并对各个部分进行统一的协调管理。当设备中出现运行故障时，首先由信息终端进行处理，并对故障予以排查。通过信息终端的运行，整个GPS测量系统可以实现全自动运行，卫星发出的信息通过天线传输到地面的接收系统，并通过相关程序对数据进行运行计算，由此得出目标物的精确位置及位置变动的实时情况。其次，系统内部的程序会根据卫星的运行轨道推算出目标物的精确数据。

2.4 GPS测量原理

其实GPS系统的测量原理比较的简单，它主要是利用高轨测距体制，将测量地点和空间卫星之间的距离作为基础的观测量，从而对相关的观测数据进行测量。在一般情况下，人们会采用伪距测量和载波相位测量这两种方法来获取相关的观测量。其中伪距测量是在按照接收设备所接收的卫星信号来对观测站和空间卫星之间的距离进行计算测量，从而使得人们得到基本的觀测量。不过这种方法在实际应用的过程中，存在着较大的测量误差，这就容易造成GPS空间卫星和接收设备的一致性，因此目前我们在对GPS测量的过程中很少材料这种方法来进行测量。

3 GPS在工程测量中的应用

GPS对数据测量的精确性可以有效提高工程建筑的质量，因此在工程测量得以普及，尤其在需要户外作业的项目中，GPS的效果尤其显著。

3.1静态GPS相对定位的应用

静态相对定位是指通过两台或两台以上的信息接收器来接受卫星发出的数据，并进行数据的处理分析。静态GPS的测量可以将卫星数据转换为测量目标的三维坐标点，并可以根据一个目标物的空间位置得出另一目标物的相对位置。静态GPS相对定位的优点是通过此类定位方式所得出的目标位置具有较高的精确度，在户外的工程数据测量中有着很强的优势。

静态GPS应用最为广泛的领域是高速公路的建设项目。由于高速公路对线路的精确度有较高的要求，而静态GPS测量的方法才能满足工程质量的要求。高速公路的施工范围大、定位点少，并且施工工作基本上都在户外进行，测量过程十分繁琐。静态GPS相对定位系统的应用能有效解决这些问题。静态GPS相对定位系统得出的位置误差能够控制在2 cm左右。传统定位方式通常采用形成控制网的方式进行经纬度的测量和确定，这种方式无论是在数据的精确度还是运算时间上都无法与静态相对定位法相比较。静态定位分析的另一显著优势是其运行过程几乎不受任何天气环境因素的影响，大大提高数据的稳定性及数据运算效率。这一测量方式除了在高速公路的建设中得以应用外，在桥梁及隧道的建设中也有广泛应用。

3.2动态GPS相对定位的应用

GPS动态测量通过采集目标物的相对位置、运动状态、运动时间等信息来完成测量及计算过程。为获取这些信息，首先需要在运动物体内容安装相应的卫星信号接牧器。通过卫星的观测能够得出物体运动的实时信息。动态GPS定位法的的特点在于使用这种测量方式时只需要应用一台接收机，并以此作为目标参照物以接收其他接收机中传输的数据。动态GPS测量法测定的是不同信号站数据的差异，并通过数据的对比得出不同运动物体的相对位移。GPS动态测量法的数据分析方式主要有两种：首先即时处理法，即在接收机接收到数据信号后立即将数据返送到控制中心进行分析比对。其次是滞后处理，即在接收机接收到信号后先在接收机内部进行一段时间的存储，在数据的后期处理过程中再将数据传入流通站进行数据的整体处理。

4结语

综上所述，随着工程测量精度要求的不断提高，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，不仅可以提高测绘的工作效率，还能提升测绘数据的准确性。目前，GPS技术一系列的配套设施得到了改进与创新，为测绘工程的进一步发展提供了必要条件，为人类提供了更精确的数据，笔者相信在未来的工程测量领域， GPS技术必然会成为主导的测量手段。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.公路勘测规范[S].北京：人民交通出版社，1999.

[2]贾涛，付东伟.全站仪在道路中线测量中的应用，科技信息.2008.