GPS技术在工程测量中的应用

摘　要：工程测量技术是一个重要的应用技术，它与国民经济建设和国防建设息息相关，发挥着重要的作用。作为一种成熟的测量手段，GPS在工程测量中的应用极大的促进了测量工作发展，是推动工程测量工作效率和质量提高的重要因素。

关键词：电力工程测量; GPS的应用; 技术
引言
　　全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、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，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术转入民用后，率先在测量领域得到广泛应用。电力工程所处地形条件复杂，常规测量难以满足精度及工期要求，GPS控制测量则充分显示其优越性。
简介
　　GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。
　　1.1GPS空间卫星星座由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°；卫星的平均高度为20200km，运行周期为11小时58分。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。
　　1.2GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
　　1.3GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。
2.影响GPS成果的若干因素
　　GPS控制测量在平面控制联测、线路野外控制等许多方面上的优势非常显著,在控制测量中常采用的作业模式是静态和快速静态定位,通过工程实践,我们发现GPS作业面临的主要问题是:怎样保证联测精度的稳定、提高外业的工效,充分发挥GPS作业的高效、精确、快捷等优点。为此需要在联测起始点、GPS布网、观测时间等方面入手分析。
　　起始点的情况主要含点位本身精度和点位的分布两种因素,起始点的问题会直接在GPS网的平差结果中表现出来。由于我国的国家控制点布设的时间较久,在许多地区破坏严重,有些又被不同的单位恢复或更新,另外实际应用中除利用国家控制点外,往往须用到军控点或地矿、煤田等系统所布设的控制点,有时还须用地方城建点等,不同等级或分属不同区域的控制点间,以及由不同单位布设的控制点问可能存在较大的误差,会对GPS控制网的精度产生不利影响。
　　GPS布网主要包括网形设计和观测计划制定,构成优化的解算图形,同时应考虑提高成果可靠性,防止粗差。GPS网观测时应有异步独立观测环或符合线路,构成异步环的边数不宜太多,但环的数量不能太少,大量增加异步环会使作业计划复杂,延长工期,影响工效,因此应研究合理的独立观测环数。网形一旦设计完成,就要参考最新的星历预报制定严密的作业计划,使工作有条不紊开展,这是提高工效的重要环节。
观测时间的长短直接影响基线解算效果。GPS作业通过对某条基线一定时间内采集到的卫星数据进行解算,求出卫星信号的整周未知数(模糊度),如果参加计算的数据量不足以确定出信号的整周未知数,则基线解算失败。另外,“周跳”也会对解算成果造成不良影响,由于地球电离层,噪音等因素对卫星信号的干扰,会使信号的整周数产生异常的波动,随着观测时间的延长,“周跳”产生的机率越大,如果GPS在观测和计算中不能及时发现并剔除“周跳”,
技术测量的特点
    3.1 GPS测量在进行线路测量时不受天气的影响。GPS测量采用的是卫星定位原理，在进行观测工作时，可以在任何时间、任何地点连续地进行，在视线不佳的天气或夜间都可以，这是光学测量仪器所无法比拟的。
  3.2  GPS测量大大提高了在输电线路高程测量时的工作效率，简化了测量程序，缩短了测量时间。
  3.3  GPS测量对测量的数据具有存储功能，测量结束后通过绘图软件可以直接生成平面图和断面图，减小了绘图的工作量，提高了工作效率。
  3.4  GPS控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。但由于测区条件较差，边长较短（平均边长不到300 m），基线相对精度较低，个别边长相对精度大于1／10 000。因此，当精度要求较高时，应避免短边，无法避免时，要谨慎观测。
  3.5 GPS测量基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于个别点的选定受地形条件限制，造成树木遮挡，影响对卫星的观测及信号的质量，经重测后通过。因此，应严格按有关要求选择基站位置，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。
技术在工程测量中的应用
　　20世纪80年代以来,随着GPS定位技术的出现和不断发展完善,使测量定位技术发生了革命性的变革,为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替,同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间;定位方法已从静态扩展到动态;定位服务领域已从导航和测量领域扩展到国民经济建设的广阔领域。
　　在我国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。随着DGPS差分定位技术和RTK实时差分定位系统的发展和美国AS技术的解除,单点定位精度不断提高,GPS技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测量与放样等领域将有广泛的应用前景。
5.结束语
　　 GPS技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔。其在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态（RTK）定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。
参考文献
1.李建松．地理信息系统原理[M]．武汉：武汉大学出版社，2008.7．
2.张建军.GPS工程测量技术应用分析[J].测绘周刊,2008,7.
3.姚传玺.现代工程测量技术应用[J].建筑工程资讯,2008,10.
4.马丽华.工程测量新技术概述[J].测绘信息,2008,3.
5.李青岳．工程测量学[M]．北京：测绘出版社，2008.4.