GPS测量技术在工程测绘中应用的探讨

发布时间：2022-10-05 10:07 热度：

　　摘要: 使用GPS 测量技术，不但空前地扩大了测量的范围，而且使测量的精度和准确度得到了大大的提高。文章在对GPS 测量技术详细介绍的基础上，介绍了GPS 测量技术在工程测绘中的具体应用。

　　关键词: GPS 测量技术 ;工程测绘; 应用

　　Abstract: Using GPS measurement technology not only in an unprecedented manner expands the scope of the measurement, and measurement precision and accuracy has been greatly improved. This paper on the basis of introduced GPS measurements, described GPS measurements in engineering surveying applications.

　　Key words: GPS measurement techniques; engineering surveying; application

　　中图分类号：TU195 文献标识码：A

　　1 、GPS 测量技术的组成

　　1.1 空间部分

　　GPS 的空间部分主要是用于发出导航定位信号的，由24 颗GPS 工作卫星所组成，其中真正用于导航的只有21 颗，其余3 颗是备用卫星。这些卫星在6 个倾角为55 度的轨道上以12 恒星时为周期绕地球运行。

　　1.2 控制部分

　　GPS 的控制部分是分布全球的5 个地面跟踪站组成，根据功能的不同可以分为主控站、监控站和注入站三种。现有主控站1 个、监控站5 个、注入站3 个。监控站负责数据采集和计算机处理工作，并存储和传送到主控站;主控站负责将监控站的数据联合处理，并将这些数据编制成导航电文传送到注入站;注入站负责将数据注入到卫星的存储系统，并监控注入信息的正确性。

　　1.3 用户部分

　　GPS 的用户部分是由GPS 接收机硬件、数据处理软件、微处理器及终端设备组成，主要负责接收GPS 卫星发出的信号，并利用信号进行定位导航。用户只有通过用户设备，才能实现应用GPS 的目的。

　　2 、GPS 测量技术的工作原理

　　根据定位方式不定，GPS 可分为相对定位和绝对定位两种。其中绝对定位是通过海拔高、精度以及纬度来定位三维坐标，从而确定定位结果的。相对定位则是基于地心固定点坐标的两个测点之间的基线向量确定结果的。根据空间几何理论，如果此时GPS 测定站点与三颗卫星之间的距离可以确认，同时三颗卫星的位置是已知的，则可以通过特定的算法算出该点的真实位置来。相对定位的核心思想就是分别在不同观测点安置至少两台GPS，和4 颗及以上的同步观测卫星，然后根据求差法原理，将信号减弱传播和接收钟差消除，从而结算出站点之间的基线向量。这一原理得到的定位精度可以达到几个ppm 以上。以上两种观测方式都必须根据同步观测求得站星距离。相对定位采用载波相位测量的方法获得站星距离，而单位定位采用测距码信号实现测距。由于载波波长很短，再加上求差法消除误差，所以测距精度还是十分高的。

　　3 、GPS 测量技术在工程测绘中的具体应用

　　目前，GPS 测量技术被广泛地应用在各类工程测绘之中。其中不但包括工程的勘察设计、旋工和验收等方面，而且还包括各种大型设备的安装相关的测绘等。其具体运用主要包括

　　以下几个方面。

　　3.1 GPS 定位技术在工程测绘中的应用

　　在工程测绘过程中使用GPS 定位技术，主要是把数学中的几何原理与物理学科中的原理进行完美结合，同时使用GPS系统中分布在空间的各个卫星进行遥感测量，然后将测量的数据传递到地面的接收设备，并在接收设备内进行处理，从而实现对测绘工程相关数据的多角度定位测量。现阶段工程测绘过程中使用的GPS 测量技术主要包括两大类，即静态相定位、实时相对定位。静态相对定位操作起来相对简单，一般只需使用数台地面接收设备，并将地面接收设备按照测量规程排成一条或者多条基线，然后进行同步观测，观测时间通常在45 分钟左右。测量结束后，测量结果交由专业技术人员进行处理。实时动态相对定位的基本依据是载波相对观测量。在测量工作进行时，通常要求选取点位相当精确的控制点，并将这些控制点作为整个测量工作过程中的控制基站，然后使用一台或者数台地面接收装置连续接收来自于不同角度的实时动态数据。在测绘过程中，一台地面接收装置必须同时完成对4 颗卫星传输过来的数据才可以进行三维定位。如果实时定位的精度较高，达到实时厘米级的定位精度，那么就需要同时完成对5 颗卫星传输过来的数据。从理论上来讲，在水平角达到1O度或者10 度以上，一般都能接收7 颗卫星传输过来的数据，但是，如果在观测点的周围有高大的障碍物，那么能接收到数据的卫星数目相对就会减少，这样就造成地面接收设备的定位困难。在这种情况下，为了提高测量的精度就必须和惯性导航技术配合使用。

　　3.2 虚拟现实技术在工程测绘中的应用

　　使用GPS 虚拟现实技术进行工程测绘就极大地避免了类似事件的发生。不但这样。GPS 虚拟现实技术还具有逼真和交互作用等优点，极大地方便了在地形复杂地区的工程测量。使用GPS 虚拟现实技术可以在计算机上建立一系列的三维图像。并且能够通过三维图像完整地展示工程测绘过程中的全部过程，还可以对测绘过程中需要注意的重点测量项目、测量过程中的安全问题做出提示，从而既解决了测量中重点项目把握的问题，同时避免了安全事故的发生。测量前建立模型进行分析可以增大测量方案的可操作性. 增强其技术性和安全性。现在，在矿山、矿井等工程的测绘过程中. 使用GPS 虚拟现实技术已经成为不可或缺的一个环节，通过使用CPS 虚拟现实技术，可以快速及时地查找测量方案中的问题，并及时进行纠正，从而使测绘方案更加完整、安全有效，在保证测绘精准度的同时，避免重大事故的发生。

　　3.3 测绘过程中临时水准点涉及问题的处理

　　在工程测绘过程中，常常进行水准测量，在传统的测量方式中，对于水准点的距离得出的一般距离都相当大。这种现象发生的主要原因是由于在设计过程中预算不严密或者实地考察实物造成的。一般来讲，设计单位涉及的水准点大约距离为500—1000 米. 这样的设计方式使测量非常不方便。而使用GPS 进行测量则避免了这个问题。使用GPS 进行水准点的确定与测量同样是使用GPS 接收装置接收并采集GPS 卫星信号，其操作过程主要包括设备的安装、接收数据和观测记录等。在外业观测过程中，首先必须制定详细的测量计划，然后严格按照技术标准实施计划，这样不但能保证外业观测正常进行，还能确保测量结果的精准度，同时大大提高了工作的效率。

　　4 、GPS 技术在工程测绘方面上的发展

　　GPS 对于经典的测绘领域是一次重大的技术突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革，另一方面，也进一步加强了测量学科与其它学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。在工程测量方面，建立区域性的GPS 网，包括城市或矿区GPS 网，各种GPS 工程网以及GPS 综合服务网等，这类网是指国家C、D、E 级GPS 网或专为工程项目布测的工程GPS 网，即应用GPS 静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。GPS 用于工程测量的主要目的是测取观测点的坐标，根据精度要求不同、作业模式不同和仪器不同，有静态作业模式和动态作业模式。但是，不同工程项目起算点的基本情况不同，计算过程中应剔去粗差部分并力求灵活应用。

　　5 结束语

　　与以往传统的工程测绘方法对比，GPS 测绘更具时代性意义，同时其定位精准、成本较低、点间无需通视，更重要的是不受自然天气因素影响，另外设备本身轻巧方便，操作科学简单，经过二十多年的努力实践证明，GPS 定位系统是一个准确精度高、全球全天候的智能无线电导航，在工程测量中得到了广泛的应用。

　　参考文献

　　[1]李青岳. 工程测量学[M]. 北京: 测绘出版社， 2007.

　　[2]张自有. GPS 在工程测量中应用的研究[J]. 民营科技.2010( 09) .

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