摘要：GPS全球定位系統是建立在載波相位觀測值基礎上的實時動態定位系統。由于GPS全球定位系統可以高精度并快速地測定坐標，GPS在工程測量領域已得到廣泛應用，特別是RTK新產品的出現，可以更快速、更方便、更簡捷、高精度地測定坐標。本文筆者根據多年工作經驗，介紹了GPS定位的原理，測量的技術特點，簡要分析了其在工程測量中的應用。

　　關鍵詞：GPS技術,工程測量,應用

　　1 GPS的組成

　　GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成。(1)GPS空間衛星星座由2l顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。衛星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續不斷地發送導航定位信號，導航定位信號中含有衛星的位置信息，使衛星成為一個動態的已知點。(2)GPS地面監控站主要由分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監測站組成。主控站根據各監測站對GPS衛星的觀測數據，計算各衛星的軌道參數、鐘差參數等，并將這些數據編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發來的導航電文注入到相應衛星的存儲器中。(3)GPS用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備(如計算機)等組成。

　　2 GPS定位原理

　　GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。

　　3 GPS測量的技術特點

　　3.1測站之間無需通視

　　測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

　　3.2定位精度高

　　一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12 × 10-6，而在100～500公里的基線上可達10-6～10-7。

　　3.3觀測時間短

　　采用GPS布設控制網時每個測站上的觀測時問一般在30-40min左右，采用快速靜態定位方法，觀測時間更短。例如使用Timble4800GPS接收機的RTK法可在5s以內求得測點坐標。

　　3.4提供三維坐標

　　GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

　　3.5操作簡便

　　GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

　　3.6全天侯作業

　　GPS觀測可在任何地點，任何時間連續地進行，一般不受天氣狀況的影響。

　　4 GPS在工程測量中的應用分析

　　GPS作業有著極高的精度。它的作業不受環境和距離限制。非常適合于地形條件困難地區、局部重點工程地區等。GPS測量可以大大提高工作及成果質量。它不受人為因素的影響。整個作業過程全由微電子技術、計算機技術控制，自動記錄、自動數據預處理、自動平差計算。GPS測量可以極大地降低勞動作業強度，減少野外砍伐工作量，提高作業效率。一般GPS測量作業效率為常規測量方法的3倍以上。GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應用的重要領域。

　　另外，可進行實時動態監測，多適用于在緩慢變形中存在突變的變形以及工程結構物在外力作用下的振動變形。工程結構物的振動變形量及其振動頻率是工程結構物健康監測的重要參數，而傳統的加速度儀測量方法不能測量出工程物在外力作用下的整體慣性位移，為工程結構物的健康診斷和設計檢驗帶來了很大的困難。國際上將GPS技術用于大型工程結構物動態變形監測出現在20世紀90年代中期，隨后國內外一些學者對此已進行了一系列的試驗性研究工作，并取得了一些成功案例。在工程測量中，GPS的應用可分為以下幾方面：

　　4.1靜態GPS在工程測量中的應用

　　常規控制測量如三角測量、導線測量，通常是先布設控制網點，在國家高等級控制網點的基礎上加密次級控制網點，以往是利用全站儀及棱鏡等實施，而在這一過程中要求點間必須通視，而且外業中不能及時知道測量成果的精度，耗力費時。GPS靜態相對定位系統測量時，無需點間通視，就能高精度地進行測定，還可以高精度快速地測定各等級控制點的坐標。

　　4.2動態GPS在工程測量中的應用

　　a.動態GPS在城市基本控制中的運用

　　RTK初始化時間只有十幾秒，測量時間只有2-3S，運用其動態定位的特點進行城市基本控制，每站獨立觀心房管大樓頂作為基站，以首級控制中的兩套坐標作為RTK測量控制點的起算數據，流動站實時測量其北京54坐標，重復測量3次，若無粗差，取其平均值作為基本控制點的坐標。其成果符合城市基本控制的精度要求。

　　b.動態GPS在施工放樣中的運用

　　放樣主要是把圖上設計的坐標與高程在實地標定出來，它其實是測量坐標的一個反過程。以往主要采用全站儀放樣，一般至少需要兩人合作，且要求測站點與放樣點要通視才行，若不通視，還要進行轉站。若附近無控制點，則先引點。現在采用動態GPS進行放樣，只要把放樣的點坐標輸入手簿中，測量員背著GPS接收器，根據其顯示提示測量員走到放樣點位上，放樣像走路一樣輕松完成。但RTK技術精度較高，各放樣點的誤差影響也是獨立的，因此已經被很多測繪單位所應用，因此準確評價RTK的放樣精度，指向在工程中的應用以及質量控制至關重要。

　　c.動態GPS在地形測圖中的應用

　　由于RTK技術可進行實時定位以達到厘米級的精度，因此，RTK技術可用于控制測量、地形測圖、地籍等測量中。地形測圖一般是用全站儀采集地形、地物碎部點，利用測圖軟件電腦成圖。其要求是不僅測站點與被測的地物、地貌碎部點之間通視，而且還需要2-3人同時進行操作。采用RTK技術進行測圖時，一人在基準站架好儀器，另一人背著儀器到每個碎部點立桿并通過電子手簿輸入特征編碼記錄數據，一般取3s作為一個記錄單元，在記錄數據時，要求測量人員立點要準確，盡量穩住對中桿，同時畫出草圖，以便內業整圖時提供參考。點位精度在符合要求的情況下，在測定一個區域內的地形、地物點位，測定完成回到室內，再用傳輸線將數據導人微機，由專業繪圖軟件編制地形圖。

　　d.動態GPS在地籍測量中的應用

　　地籍測量中應用RTK技術測定每一宗土地的權屬界址點以及測繪地籍圖，同上述測繪地形圖一樣，能實時測定有關界址點及一些地物點的位置并能達到要求的厘米級精度。將GPS獲得的數據處理后直接錄入GPS系統,可及時、精確地獲得地籍圖。在建設用地勘測定界測量中，RTK技術可以實時地測定界樁位置，確定土地使用界限范圍、計算用地面積。在土地利用動態檢測中，也可利用RTK技術。傳統的動態野外檢測采用是簡易補測法或平板儀補測法。如利用鋼尺用距離交會、直角坐標法等進行實測丈量，對于交通范圍廣的地區采用平板儀補測法，這種方法速度慢、效率低。而應用RTK新技術進行動態監測則可提高檢測的速度和精度，省時省工，真正實現實時動態監測，保證了土地利用狀況調查的現實性。

　　5 結束語

　　綜上所述，GPS技術的迅速發展和應用，給測量手段帶來了日新月異的變化，也給工程建設帶來許多方便，節約大量人力、物力、時間及成本。GPS作為一種全新的測量手段，必將在土木工程測量施工領域中將有廣闊的前景。

　　參考文獻：

　　[1]李青岳.工程測量學[M].北京：測繪出版社，1984.

　　[2]管國斌.對中小城鎮GPS控制網中幾個問題的探討[J]。浙江測繪，2003，(2)：45—46.

　　[3]劉大杰.全球定位系統(GPS)的原理與數據處理[M].上海：同濟大學出版社，1996.