GPS系统在工程测量中实际运用研究

摘　要：GPS系统是借助无线电通信卫星来实现精密定位与三维导航功能的一种技术，而且该技术具有较好的保密性和抗干扰性。就目前GPS系统的应用现状来看，该技术广泛的应用于工程测量等其他相关领域，其在工程测量领域中的应用极大的推动了工程测量事业的发展。本文从GPS系统的相关概念谈起，然后详细剖析了GPS系统在工程测量中的应用，最后就GPS系统在工程测量应用中的优缺点进行了全面的分析。

关键词：GPS 全球定位系统 工程测量 应用
一、GPS系统概述
（一）GPS系统的组成
　　GPS系统主要由地面监控站、空间卫星星座和用户设备三部分组成。其中地面监控站由5个监测站、3个注入站和1个主控站构成；空间卫星星座由若干个在轨备用卫星和工作卫星组成；用户设备是由GPS信号接收机以及包括计算机在内的终端数据处理设备等组成。
（二）GPS系统的工作原理
　　GPS系统的工作原理实际就是测量中的距离交汇定点原理。假设GPS信号接收机设置在S点，其中信号接收机在同一时刻可以接收到三颗空间卫星发出的信号，假设这三个发送信号的卫星分别是卫星S1、S2、S3。假定GPS信号接收机到这三个发送信号卫星的距离分别为P1、P2、P3，而且三颗空间卫星的空间三维坐标分别为(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)、(X3，Y3，Z3)，则通过距离交汇定点原理的计算公式就可以计算出GPS信号接收机S点位置的三维坐标(X，Y，Z)，计算公式如下所示：

（三）GPS系统的特点
　　总结来说，GPS系统主要具有如下几个方面的特点：一是具有全球范围的导航定位功能；二是可以实现高精度的三维定位；三是观测迅速而且可以实现观测的自动化；四是提供的三维定位信息具有全球统一的标准。

二、GPS系统在工程测量中的应用
（一）用于工程测量中的工程控制网的建立
　　工程控制网的建立是实现工程测量的重要前提，工程控制网的性质和规模在很大程度上决定工程的测量精度。实践证明，工程控制网的规模越小，其工程测量精度就比较高。通常采用GPS系统所建立的工程控制网，具有作业时间短、成本投入低以及测量结果精度高的特点。其中利用GPS系统所建立的工程控制网广泛的应用于工程变形监测以及工程勘探和工程施工的工程测量等。
　　一般，多采用载波相位静态差分方法来应用GPS系统建立工程控制网，在这种方法下可以实现工程测量的毫米级精度要求。另外由于采用GPS系统建立的工程控制网的点与点之间不需要通视，所以即使设置边长很长的GPS三角锁，仍然可以保证线路坐标控制的一致性，从而有效克服传统三角锁测量技术的误差问题，有效提高工程的测量精度。
（二）用于工程测量中的变形监测
　　工程测量中的变形监测主要用于水库大坝、大桥、高层建筑物的位移以及整体建筑物的倾斜等状况进行监测。变形监测工作所处的监测环境比较复杂，而且监测的对象多是一些体积庞大的建筑物，而且监测技术要求高，所以那些常规的变形监测技术很难实现其测量结果的精度要求。然而通过构建高精度的GPS变形监测机制，可以得到毫米级精度的监测数据，甚至有可能得到亚毫米级精度的相对垂直监测与绝对平面位移数据，另外在存在解决途径的条件下还可以利用GPS变形监测技术用大地高取代高精度的水准测量，从而在充分保证检测结果高精度要求的前提条件下，有效提高工程变形监测工作的效率。
（三）用于工程测量中的碎部测量
　　工程测量中很多碎部测量都是借助GPS差分网技术来实现的。GPS差分网技术采用的原理是多基点载波相位差分原理，在这一原理下由多个基准站以及多个基准站所构成的基准网提供各个基准站的差分信息来实现的，用户设备根据其设置的位置确定各基准站差分信息的权值，然后通过计算实现最终的差分定位，进而完成碎部测量。

三、GPS系统在工程测量应用中的优缺点分析
（一）GPS系统在工程测量应用中的优点
　　大量的工程测量实践表明，GPS系统在工程测量应用中的优点主要体现在如下几个方面：
　　第一、提供精确的三维坐标。GPS系统不仅能够提供测量目标物的平面位置，而且还能够提供测量目标物的大地高程，进而可以提供精确的三维坐标。
　　第二、测站之间不需要通视。GPS系统测量需要进行测站之间的相互通视，就可以下对测量目标物的位置进行定位，这也使得工程测量变得更为灵活。
　　第三、测量时间较短。利用GPS系统所构建的工程控制网进行工程测量的时间一般在半个小时左右，而且随着GPS系统的不断改进，利用GPS系统进行工程测量所使用的时间将会越来越短。
　　第四、操作方便快捷。由于GPS系统在工程测量中的应用可以实现工程测量的自动化，这样的话GPS信号接收机只需要观测人员在开机后做好相关参数的设定工作后，就可以有机器自身全自动的进行测量，省去了很多的人为操作，非常方便快捷。
（二）GPS系统在工程测量应用中的缺点
　　受限于各种因素的影响以及GPS系统自身的缺陷，GPS系统在工程测量应用中还存在一些缺点和问题，其中GPS系统在工程测量应用中的缺点主要体现在如下几个方面：
　　第一、在将GPS系统应用于工程控制网的构建时，构建的控制网将无法覆盖到隐蔽性较强的区域，因为那些比较隐蔽的区域不能接受GPS，所以无法使用GPS技术，这些区域也就成了GPS技术的盲区，因此，为了更好的保证GPS系统在一些隐蔽性较强的区域进行精确的工程测量，非常有必要克服GPS系统的这一技术盲点。
　　第二、在将GPS系统应用于高程测量时，不能直接测量出地面点的正常高，而只能测量出其大地高的值，从而利用大地高的值来推算地面点的正常高，这就势必会产生测量误差，就在一定程度上影响了GPS系统在工程测量中的测量结果的精度。
　　第三、用于构建GPS系统变形监测网的投入和运营成本较高，为了能有效提高GPS系统在工程测量中的经济效益，有必要对GPS系统变形监测网的投入和运营成本进行合理的控制。

结语：GPS系统具有精度高、效率高的显著特点，其在工程测量中的应用有效提高了工程测量的精确度，所以GPS系统广泛的应用于陆地以及航空的各个领域中，然而GPS系统在工程测量中还存在一些缺点，相信随着科技的不断发展，这些缺点最终都将会得到解决，那时GPS系统在工程测量中将会发挥更加重要的作用。

参考文献：
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[2]陈文彬.基于GPS的工程测量技术研究与应用[J]，安阳工学院学报,2010(03).
[3]徐海东.GPS定位系统在工程测量中应用探讨[J],城市建设理论研究,2011(23).