浅谈GPS定位技术在工程施工测量中的应用

　　摘要：本文简要论述了GPS定位技术在工程施工测量中应用的基本原理，应用于工程测量的优缺点及相关处理措施，在工程测量中的具体操作方法，在实践中误差来源分析及改进措施，为今后GPS定位技术应用与工程测量提供了一定的参考。
　　关键词：GPS定位技术；工程施工测量；基本原理；优缺点；操作方法；误差分析
　　1引言
　　GPS英文全名是“GlobalPositionSystem”，意为“全球定位系统”，简称GPS系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统。GPS空间部分使用了二十四颗卫星组成的星座，卫星高度约20200公里，分布在六条升交点互隔60度的轨道面上，每条轨道上均匀分布四颗卫星，相邻两轨道上的卫星相隔40度，使得地球任何地方至少同时可看到四颗卫星。
　　GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能提供精密的三维坐标、速度和时间，而且具有良好的抗干扰性和保密性。目前，在工程测量中，为了保证控制测量和施工放样的精度，满足工程质量要求，GPS定位技术被广泛应用于工程施工测量中。
　　2工程测量中应用GPS定位技术的基本原理
　　GPS定位系统主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。
　　⑴空间卫星星座由24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，GPS卫星用L波段的两个无线电载波向使用者连续不断地发送导航定位信号，信号中含有卫星的位置坐标信息，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。
　　⑵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。主控站收集各监测站的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航信息数据注人到相应卫星的存储器中。
　　⑶用户设备由GPS接收机、数据处理软件及终端设备（如计算机）等组成。GPS接收机接受待测卫星的信号，对信号进行一系列地处理，再通过相应软件计算待测点的三维坐标。
　　GPS系统采用了距离交会法，根据已知的卫星瞬时坐标（、、），确定用户天线所对应观测点的位置。设接收机天线的相位中心坐标为（x、y、z），则GPS卫星和用户接收天线之间的几何距离ρ=，式中有X、Y、Z三个未知量，只要同时接收3颗GPS卫星，就能解出测站点坐标（X、Y、Z），在以上叙述中我们可以看到，用户可以平均同时观测到6颗卫星，所以我们可以经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。
　　3GPS定位技术在工程施工测量中应用的具体方法
　　3.1准备工作
　　3.1.1对待测区进行勘察，并收集相关资料
　　主要调查当地的控制点分布情况、交通情况、水文分布情况、植被情况、以及当地的风俗民情等。相关资料包括待测区的地形图，各类控制点成果以及与之有关的地质、交通、气象、通信等方面的资料。
　　3.1.2拟定观测计划
　　观测计划的主要内容包括：
　　⑴设计精度。要求平均边长小于1km，最弱边相对误差小于1/10000，GPS接收机标称精度的固定误差a≤15mm，比例误差系数。
　　⑵编制GPS卫星的可见性预报图，选择卫星的几何图形强度。
　　⑶选择最佳的观测时段。根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段，卫星的几何分布越好，定位精度就越高
　　⑷观测区域的设计与划分。设计基准和控制网，一般采用3台GPS接收机进行观测，网形布设成边连式。
　　⑸设计GPS网与地面的联测方案。尤其对信号接受不好的待测区，应做好联测方案的设计，以保证其精度。
　　⑹编排作业调度表，以保证测量任务按时完成。
　　3.1.3选择接收机型号并检验
　　一般小于20公里点位情况良好，宜采用单频接收机，反之，选用双频接收机。接收机性能的检验主要有：一般检验，主要检查接收机各部件及其附件是否完好，使用手册等相关资料是否齐全等；通电检验，主要是检验接收机通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作情况；实测检验，主要检验方法为标准基线检验、已知坐标边长检验、零基线检验、相位中心偏移量检验。
　　3.2外业测量工作
　　3.2.1合理选点
　　GPS观测点的选取比较灵活，但也要遵循GPS测量的一些原则。
　　⑴每点最好能与其中某一点通视。
　　⑵应选择在上空开阔、视场内周围障碍物的高度角小于15°，以免信号被遮挡或吸收，影响观测质量。
　　⑶要远离大功率无线电发射源和高压电线等，其距离应大于200m，以免电磁场对信号的干扰。
　　⑷避免大面积水域对电磁波反射和吸收。
　　⑸选择交通方便的地方，以有利与其它观测手段联测。
　　3.2.2埋设标志
　　GPS网点应埋设具有标志的标石，以精确标志点位，点的埋设必须坚固以利于长久保存与利用，并做好记录。
　　3.2.3外业观测
　　外业观测工作主要包括：安装天线、观测作业和观测记录等。天线利用三脚架安置，天线底板上的圆水准器气泡必须居中，天线的定向标志应指北，三次测量互差小于3mm取平均值。观测作业就是获取所需要的定位信息和观测数据。观测记录由GPS接收机自动进行，观测者应做好记录。在测量的过程中，应严格限制高频及对讲机等无线电波的使用，避免环境对信号的干扰，从而提高GPS本身的定位精度。
　　4小结
　　通过以上论述我们可以看到，GPS定位技术在工程施工测量中有其独特的优越性和适应性，为工程测量质量提供了有利的保障，具有明显的经济和社会效益。随着相关技术软件的不断发展改进，GPS定位系统在工程测量中有着更加广阔的应用前景。
　　参考文献
　　[1]张春雨.GPS定位原理及其在工程测量中的应用[J].中小企业管理与科技，2007(10).
　　[2]汪灯林.GPS定位技术在工程测量中的应用[J].中国高新技术企业，2009(22).
　　[3]刘成，毕爱增.GPSRTK技术在工程测量中的应用[J].铁路航测，2000(3):31-32.

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