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GPS在工程测量中应用

发表时间：2018/9/20 来源：《建筑学研究前沿》2018年第12期作者：王地予

[导读] 工程测量涉及小区域、大比例尺地形图测绘，特别是在施工测量与变形监测中使用最多。

宜州市城乡建设规划设计室广西宜州 546300
　　摘要：GPS测量技术目前已经被广泛应用于工程测量领域，它是对传统工程测量技术的重大革新，其技术测量速度快、操作简单、对工程推进效率提升大有帮助，已经成为现代工程领域中不可或缺的技术之一。本文简单介绍了GPS在工程测量领域中的各种应用，并对它在工程测量应用中的精度提升方法进行了相关技术阐述。
　　关键词：GPS；工程测量应用；精度提升
　　
　　
　　1引言
　　工程测量涉及小区域、大比例尺地形图测绘，特别是在施工测量与变形监测中使用最多，这就决定了它的工作环境多变复杂、干扰因素多、精度难以有效把控的技术难点。但GPS出现以后，这一问题逐渐得到改善，它的测量速度快、精度高、操作便捷且成本极低，已经成为未来数字化城市建设的新生力量。当然，GPS控制测量也并非完美，它依然存在已知点少、分布不均匀、位置不合理、控制网型不佳及难以实施水准测量等等问题，亟待改进。
　　2 GPS简介
　　2.1起源
　　GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，它最初起源于上世纪50年代末的美国军事项目，在1964年被正式投入使用。在70年代冷战及越战时期，美国陆海空三大领域均应用到这一技术，它能够为军方提供相对实时准确、全天候、全球性的智能化导航服务，主要用于情报搜集和应急通讯等等重要军事事项。截止到20世纪末，美国覆盖全球（98%）的24颗GPS卫星星座已经布设完成，这显示出美国超于他国强大的军事科技能力。
　　2.2定位原理
　　GPS卫星定位存在高精度要求，所以说它的系统也围绕精度定位展开设计运作。比如说传统技术中就会采用到三点定位模式，当需要进行定位并获取地面信息时，GPS会动用3颗卫星同时获取地面信息，并以数据汇总形式向用户终端及时反馈，最后由用户设备处理后向用户展示最终的可见图形。由于GPS是会涉及到多请求同时处理情况的，所以所有的GPS卫星都会采用广角镜头，这样保证每颗卫星都不会妨碍到其它卫星工作，可第一时间将请求信息发送到地球表面。
　　2.3测量特征
　　GPS本身具有高测量精度特征，但这里所谓的高精度是相对而言，也就是说它的测量精度相对于大部分卫星测量系统是存在技术优势的，不过在某些工程测量中存在高精度需求，GPS测量还尚存一定差距。从技术角度讲，GPS测量精度基本能保证在50km基线左右，但是在特殊环境下实际的工程测量精度必然会远高于此；再一点，GPS测量是不需要通视的，这就大幅提升了GPS的测量灵活程度，避免了站站之间的复杂交流，硬性减少请求层级；第三，它的测量效率极高，GPS在镜头拍摄图片时就能实现同步数据转化及传送，而且GPS卫星本身的数据传输效率高，短短几秒内就能实现精确定位。在军事领域中，采用了P码的军用GPS更是能达到1s定位。再加之GPS较高的自动化集成程度，这也使得它在操作方面非常容易，能够在第一时间获得最理想的测量结果[1]。
　　3 GPS在工程测量中的应用
　　GPS在工程测量领域中的应用点很多，这说明它的测量技术已经被全面推广，在工程项目建设较为复杂的环境中占据了一席之地，以下简单介绍了它在工程测量中的两点应用。

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　　3.1对工程控制网的建立
　　工程控制网专门应用于工程管理建设与维护等基础领域，它的网型与精度会受到工程项目本身性质影响，总体表现为大规模密度。传统工程控制网拥有覆盖面积小但点位密度高的基本特征，所以对它的工程测量精度要求也相对较高，此时就可采用到GPS定位方法配合边角网传统方法共同构建工程控制网。这一方法的优势就是在点位选择限制方面更少，可在短时间内完成作业操作并可获得较高的成果精度，不会花费太高工程费用。目前的工程首级控制网、变形监测控制网以及地下隧道工程控制网等等都会采用到GPS工程控制网技术。
　　深度剖析其技术内涵，GPS工程控制网本身就采用到了载波相位静态差分技术，这一技术能保证其测量达到毫米级精度。采用该技术就可在道路勘探、施工控制网等等领域凸显技术优势，保证控制网的横向纵深都达到技术要求。相比于传统的导线方案、三角锁等等技术体系，GPS工程控制网本身是不需要进行分段实施的，这就有效避免了误差积累过大问题的出现，它的点点衔接无需通视，可通过GPS点的长敷设结构形成全新三角锁，确保长距离线路坐标控制的一致性。
　　举例来说，目前我国铁路勘探施工控制网就采用了这一技术，某地的500km铁路路段就采用了15个大地四边形及两个三角形所组成的GPS工程控制网，它拥有24个测量节点被相应设置为12对，相邻节点之间拥有20km平均距离，这是传统常规工程控制网所难以实现的。在城市地下隧道工程中则要采用具有高贯通精度的地面精密控制网，它能解决隧道由于纵向跨度大而不易精密测量的现实问题。
　　3.2对大型建筑的GPS变形监测
　　GPS的变形监测功能可应用于大型建筑中，例如水库大坝、大桥、高层建筑等等，它主要针对构筑物的地基沉降、位移以及整体倾斜等等现实问题。考虑到这些被监测建筑的几何尺寸都相对偏大、监测环境十分复杂、所以采用GPS变形监测这种高水平监测技术相比于传统监测技术更具优势。具体讲，GPS变形监测就充分利用了GPS的定位功能，它的平差后平面位置精度可达到1~3mm左右，而高程精度则可达到2~3mm左右。利用GPS变形监测建立地面垂直形变监测网络，它具有较大的网络建设规模，能够结合GPS测定垂直形变量与精密水准获得较高精度的比较结果[2]。
　　4 GPS在工程测量应用中的精度提升
　　在实际的GPS工程测量应用中难免会出现精度偏差问题，所以本文简要提出两点提升其测量精度的有效措施。
　　4.1对高程控制点的有效把控
　　如果所测量区域较大，需要避免地球曲率这一重要因素影响，在利用GPS建立高程控制网过程中必须将测量区域划分为若干小区域，并建立拟合模型再实施测量。此做法的目的就在于维持高程拟合高精度，结合拟合过程获得高程点，提高高程控制点测量精度。以高程起算点为例，它的精度控制就会涉及到测量精度等级与点位稳定性问题，在拟合过程中确保水准点在每个子区域内均匀分布，并保证每个区域内的测量点都至少有6个。
　　4.2对大地高测量的有效把控
　　如果是针对大地高测量这种受外界环境极大影响测量项目，技术测量人员就必须重视测量天线高，利用GPS控制测量方法准确测量天线高，并在最后结合高程数据提高测量精确度。一般情况下需要结合3个天线高取其测量平均值，保证天线高测量值误差维持在3mm以内。
　　而采用同步求差法进行测量则要在20km以内范围内进行，它在小范围测量中能够保证对流层影响、卫星星历等等测量误差影响始终维持一致，特别是能够减小监测测量误差，对保证多监测站同步观测工作实施非常有帮助[3]。
　　5结论
　　GPS作为现如今的高端定位技术在工程测量中拥有相当重要的技术应用作用，它的本质优势保证它能够在高程、大地、大型建筑设计施工中发挥重要技术功能优势，解决传统工程测量应用中所存在的测量误差问题，对提高工程测量精度很有帮助。本文认为，鉴于GPS优秀的定位及精确测量功能优势，在工程项目施工前就建立GPS工程控制网是非常有必要的。
　　致谢
　　本研究课题是在我的单位领导及技术同事共同关怀与悉心指导下完成的，在这里我要感谢他们严肃的科学态度、严谨的治学精神以及精益求精的工作作风，这些都深深感染了我、激励着我在未来的工作中不断前行，也在思想、生活上给了我信心与勇气，在此谨向他们致以最诚挚的谢意与崇高的敬意。
　　参考文献
　　[1]吉星升，董军，卢秀山.GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性[J].山东科技大学学报（自然科学版），2001（4）：85-88，102.
　　[2]肖鸾，胡友健，王晓华.GPS技术在变形监测中的应用综述[J].工程地球物理学报，2005（2）：160-165.
　　[3]杨涛，葛俊洁，李路.GPS测量技术及其在工程测量中的应用[J].电子测试，2016（6）：126，125.