GPS 在工程测量中的应用

苗新毅

(太原市城乡规划测量中心，山西太原 030002)

全球定位系统(GPS)是利用卫星导航实时测距和测时构成全球定位系统。该系统是由三个独立的部分组成，即空间星座部分、地面控制部分和用户接收部分。GPS系统即建成以后，之所以能快速地得到发展，是由于该系统具有的高精度、全天候、高效率、多功能、操作简单、应用广泛等特点，它能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息。目前，GPS测量技术正在我国工程建设中发挥着重要作用，从布设测量控制网、进行陆地和水下地形图测绘到施工放样定位、变形监测等方面都有着GPS测量技术的应用。现阶段GPS技术与现代通信技术相结合，使得GPS定位的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航，这极大地扩展了它的应用广度和深度。特别是GPS RTK定位技术的出现，使得相对定位的精度有了很大的提高，在小范围内可以达到厘米级精度。此外由于GPS测量技术对测点间地通视和几何图形等方面的要求比常规测量方法更加灵活、方便，已完全可以用来施测各种等级的控制网。

1 GPS控制网的布设形式

1.1 GPS控制网的图形设计

网的图形设计就是根据网的用途和用户要求，确定具体的布网观测方案，其核心是如何高质量低成本地完成既定的测量任务。在进行GPS网设计时，一定要顾及测站选址、卫星选择、仪器设备装置、经费、时间、人力及后勤交通保障等因素;当网点位置、接收机数量确定以后，网的设计就主要体现在观测时间的确定、网形构造及各点设站观测的次数等方面。

设计的一般原则如下:

1)为了确保GPS控制网的可靠性，同时能有效地检查和发现观测结果中的粗差，必须使GPS网中的独立边构成一定的几何闭合图形。这种闭合图形，可以是由数条GPS独立边构成的非同步多边形，如三角形、四边形或多边形。当GPS网中有若干个起算点时，也可以是由两个起算点之间的数条GPS独立边构成的附合路线。但无论是闭合环路或附合路线，所包含的独立边数不宜过多。

2)考虑到要沿用原有的测绘成果，应该尽量采用原有的地方或工程坐标系统，因此，GPS网点要尽量与原有的地面控制网点相重合。重合点数应多于3个，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。

3)GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法进行联测，因此，GPS网点一般应设在视野开阔和交通方便的地方。

4)在GPS网中不应有自由基线，因为自由基线不具备检查和发现观测结果中粗差的能力。

5)为了便于用常规方法联测或扩展，C，D，E级控制网点应有1个～2个方向通视。

1.2 GPS网的基本形式

根据GPS测量的不同用途，GPS网中同步图形的连接方式通常有点连接、边连接和网连接三种基本方式。而在实际应用中，又往往采用混合连接方式、星形布设方式、导线连接方式和三角锁连接方式。

2 GPS在建筑工程测量中的应用分析

某建筑小区内的三座楼由于城市规划的需要，需进行实地的放样和变形监测。组织人员分别用GPS和全站仪进行测量，然后再进行测量精度的对比。表1是建筑设计数据，实地放样工作是严格按照设计数据完成的。

变形监测部分是在此建筑建至地上1层时完成的。首先在离变形区适当距离的稳定地方选择一基准点，作为GPS观测的基准站;选点时，应注意点位周围天空无障碍物，无强烈反射无线电波的金属或其他障碍物或大范围水面，应远离强功率电台、高压线等影响接收信号效果的各种不利因素。通过在各个楼角上架设GPS RTK作为流动站进行10 min的静态观测，得出了新的观测数据，然后进行坐标转换得出了表2的测量数据。用全站仪进行常规方法测量，首先在已知控制点D1上架设全站仪，然后以已知控制点D2为后视点，通过对每个楼角进行观测得出坐标数据;然后在D2点上架设全站仪，以D3点为后视点进行其他观测角的观测;最后在D3点上架设全站仪，以D1为后视点，进行最后观测(见表3);由于三个已知控制点本身存在的误差及人员观测的误差，得出了表4的坐标数据。

表1是某建筑小区内某三座楼的测量数据。

表1 某建筑的设计数据

用拓普康GPS RTK测的数据与建筑设计数据相比之差在10 mm之内。

由此可以看出，从效率上分析，用GPS RTK测量时只需少量的控制点，在建立一个基准站后，其数据链可以控制几千米到几十千米。而且不需要经常迁站，节省了时间。另一方面，用RTK测量时，一般一组只需1人～2人，投入的人员少，节省了人力。而用全站仪一组则要配3人～4人，因此，用RTK可以提高测量效率。

表2 某建筑用拓普康GPS RTK测量的数据

表3 某建筑工地内控制点坐标数据

表4 某建筑用拓普康全站仪测量的数据

从精度上分析，把用两种方法测得的坐标结果进行比较，可以发现用全站仪观测所得的结果精度较低，这是因为从精度上分析，由于GPS测量不存在误差积累问题，所以其相邻点的点位误差相互独立，不积累、不传播。因此用GPS可以完成高精度的变形监测。

3 结语

本文通过对GPS测量技术的原理及其布网形式和特点进行简要的概述，并对其在工程测量中的应用实例进行了分析，得到了以下结论:

1)作为一种高精度定位技术，GPS测量技术已广泛应用于工程测量的各个领域，不仅提高了工作效率，而且带来了客观的经济效益。其技术的先进性、优越性已经在某些方面取代了以测角、测距为主体的常规测量技术，其应用及开发的前景十分广阔。

2)GPS网基准设计应根据布设目的确定，如果起算点分布过于集中，会导致远离起算点的点位精度有所降低，在建立控制网时应使起算点分布均匀;同时为了减少遮挡，点位应选在开阔地区。在网点个数确定的情况下，增加GPS边的调试，增加异步环的个数，有利于提高网的精度和可靠性。

［1］ 牛洪柳.GPS-RTK技术在工程测量中的应用研究［J］.山西 建筑，2012，38(3):222-223.