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GPS测量技术在工程测绘中的应用及特点
作者：丁巧林
来源：《城市建设理论研究》2012年第32期
【摘要】GPS自诞生以来就因其具有的精度高、速度快、消耗资源少、操作简便等优点被逐渐应用于工程测绘等各个领域，在很多方面都已经完全取代了传统测绘技术和工具。本文介绍了GPS测量技术的特点，分析研究了GPS测量技术在工程测绘中的应用。 【关键词】GPS测量技术工程测绘应用特点 中图分类号：P228.4文献标识码： A 文章编号：
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS 系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。目前GPS 技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。 一、GPS测量技术的特点
GPS在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统能为全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。相对于常规的测量方法来讲，GPS测量主要有以下一些特点。 1、功能较多、应用广泛
GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。因此它不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。随着GPS测量技术的发展，其应用的领域在不断拓宽。目前，在导航方面，它不仅广泛的用于海上、空中和陆地目标的导航，而且，在运动目标的监控与管理以及运动目标的报警与救援等方面，也已获得了成功的应用；在测量工作方面，这一定位技术在大地测量、工程测量、工程与地型变形监测、地籍测量、航空摄影测量和海洋测绘等各个领域的应用己甚为普遍。如：监测地球板块运动状态和地壳形变；测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图等。 2、定位精度高
GPS的大量工程应用表明，其相对定位精度在50km 以内，相对定位精度可达1×10- 6~2×10- 6，100~500km 可达到10- 7，1000km以上可达到10- 9。在300~1500m 工程精密定位中，lh 以上观测的解，其平均平面误差小于1mm。GPS在高层建筑的基准传递中，其绝对位置平面精度优于+5mm，高程精度优于+8mm。特别是在实时差分定位（RTD） 方面和实时动态定位（RTK），定位精度能达到厘米级以及分米级，可以满足各种工程测量的要求。随着观测技术与数据处理方法的改善，GPS精度将会得到进一步提高。
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3、观测时间短
利用GPS可进行实时导航定位，这对高动态运动载体的导航显得尤为重要。当用GPS接收机作静态相对定位（边长小于15km） 时，采集1h 之内的数据，即可获得较高的定位精度。两台仪器每天正常作业至少可测定4 条基线。如果采用快速静态定位模式，对于双频接收机，仅需采集5min 左右时间；对于单频接收机，只要能观测5 颗卫星，也仅需要采集15min 左右的时间。可见，利用GPS技术建立控制网，能大大缩短观测时间，提高作业效益。随着GPS系统的不断完善，软件与硬件的不断更新，目前，20Km 以内相对静态定位，仅需15～20min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15hm 以内时，流动站观测时间只需1~2min；动态相对定位测量时，流动站出发时观测时间只需1~2min，然后随即定位，每站观测时间仅需几秒钟。 4、操作简便
在操作上，GPS测量的自动化程度非常高，有的已达到“傻瓜化”的程度，操作员只需要安装并开关仪器、采集环境的气象数据、量取仪器高度和监视仪器工作状态，其他工作则由GPS接收机自动完成，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等。假如在一个测站上需要作较长时间的连续观测，通过网络或其他通讯方式，将所采集的观测数据传送到数据处理中心，不需要任何人员人值守，就可以实现全自动化的数据采集与处理。在结束观测的时候，也只需关闭电源，收好接机，便完成野外数据采集任务。此外目前的接收机体积也越来越小，重量亦越来越轻，便于携带和搬运。
5、观测站之间无需通视
相对于传统测量技术而言，GPS测量不要求观测站之间相互通视，只需保持观测站15°以上的空间开阔即可，因此可不再需要建造觇标。它的这一优势能大量节省造标费用（造标费约占总费用的30％—50％）。同时由于无需点间通视，点位位置可根据需要灵活布设，也可省去传统测量控制网中的传递点、过渡点的测量工作，使得选点工作变得非常灵活。 6、全球全天候作业
由于GPS卫星数目较多，且分布合理，所以地球上何地点，均可连续地同步观测至少4 颗卫星。从而保障了全球全天候连续的三维定位。通常情况下，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。由此看来GPS测量技术的发展相对于传统测量技术来说是一次重大突破。
7、提供全球统一的三维地心坐标
传统测量控制是将平面和高程采用不同的方法分别施测。而GPS测量在精确测定观测站平面位置（二维坐标） 的同时，还可以精确测定观测站的大地高程。这种能够提供全球统一
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的三维地心坐标的特点，为确定地面点的高程和大地水准面的形状研究开辟了新途径，同时也为其在航空摄影测量、航空物探及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。 8、经济效益高
国内外大量的GPS测量实践表明，用GPS建立大地控制网，仅需常规方法的1/3 费用。这是因为GPS具有定位速度较快的特点，因而使工期大大缩短；另外GPS另定位不要求测站间相互通视，不必建立大量费时、费力、费钱的视标。目前三台GPS测地型接收机价格已接近—台全站仪的价格，因此其经济效益将日趋显著。 二、GPS测量技术在工程测绘中的应用
RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS 测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK 是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS 应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
1、控制城市建设中测绘精度
为满足城市建成区和规划区测绘的需要，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS 静态测量，点间不需通视且精度高，但数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK 技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。
2、应用于大地控制
GPS 定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS 定位技术己完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。我们一般将应用GPS 卫星定位技术建立的控制网叫GPS 网。归纳起来大致可以将GPS 网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS 网，这类GPS 网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地完形变规律等问题。另一类是区域性的GPS 网，包括城市或矿区GPS 网，GPS 工程网等，这类网中的相邻点问的距离为几公里至几十公里．其主要任务是直接为国民经济建设服务。目前，在GPS 技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的生产厂商有美国Trimble（天宝）导航公司、瑞士