浅析工程测绘中GPS测绘技术的应用

张明辉　孙伊昌

摘要：本文重点介绍了GPS 测绘技术及其在工程测绘中的应用。

关键词：工程测绘；GPS； 测绘技术

前言：

工程测绘是指在工程建设中，需要进行的所有测绘工作，按测绘对象划分，可以将工程测绘分为建筑工程测绘、矿区测绘、水利工程测绘、海洋工程测绘、军事工程测绘、交通基础设施测绘等，在工程建设中，只有保证工程测绘的准确性，才能为工程建设的施工质量提供保障。GPS 测绘技术具有多功能、高精度、观测时间短、提供三维坐标等优点，将其应用在 工程测绘中，能极大的提高工程测绘的准确性。

1 GPS 测绘技术的概述

1.1 GPS 系统的组成

GPS 系统主要由GPS 卫星星座、地面监控系统、GPS 信号接收机等三大部分组成，其中GPS 卫星星座是由3 颗轨备卫星、21 颗工作卫星共同组成的，这24 颗卫星按照每组4 颗卫星平均分配在6 条相互成60°的轨道平面上运行，其运行周期为24h，因此无论在地球那个方位，都能在任何时间观测到最少有4 颗属于GPS 系统的卫星，GPS 空间星座的主要作用是观测目标，并将观测信息转换成载波信号，传输到地面监控系统中，实现目标定位。地面监控系统主要由主控制站、监测站、地面天线几部分组成，主要负责收集空间卫星传输回来的信息，然后利用这些数据计算出卫星星历等数据。

1.2 GPS 工程测量原理

在工程中，GPS 测绘技术有两种方法测量出被测对象的信息，一种是测量伪距离，另一种利用载波相位进行测量。测量伪距离是根据接收机接收到的GPS 卫星发出的测距码及电文内容，根据信号发射到用户接收信息的时间，计算出卫星与接收机天线之间的距离，由于用户接收机的时钟难以与GPS 卫星时钟保持同步，计算出来的数据有一定的误差，因此，称为伪距离。用载波相位进行测量是测定GPS 卫星载波信号在传播路径上的相位变化，从而计算出信号传播距离。

2 GPS 测绘技术的特点

2.1 定位精度高

随着科技的不断进步，GPS 测量精度也在不断的提高，GPS 测绘技术的测量精度十分高，在100km 以外、500km 以内，其测量精度能达到106-107，对于500km 的基线范围，其测量精度能达到1-2×106。

2.2 观测时间短

GPS 测绘技术的观测时间很短，尤其是在近几年，随着GPS 技术的快速发展，其观测时间也越来越短，传统的静态定位方法，受卫星数目及精度的影响，需要花很长时间进行观测，但新兴的GPS 技术只需要在几分钟，甚至是几秒钟就能完成观测。

2.3 观测站之间不需要通视

在进行工程观测时，对通视有很高的要求，同时对测量网络的几何结构也有很高的要求，由于两者间存在很大的矛盾，对工程测绘造成很大的影响。GPS 技术能有效地解决这个问题，它不需要各观测站之间通视，能灵活的选用观测点，极大的提高了观测效率。

2.4 提供三维坐标

在传统的工程测绘中，需要通过观测、计算得出高程及平面坐标，采用GPS 测绘技术能同时获得高程以及平面坐标，直接提供三维坐标。

3 GPS 测绘技术在工程测绘中的应用

在工程测量中，GPS 测绘技术有很大的优势，对于一些大型的工程项目，如水利工程、铁路工程，需要进行全局把握，全面控制，如果采用传统的测量方法会存在很大缺陷，而采用 GPS 测绘技术则能有效地解决这些缺陷，为工程的顺利进行提供保障。

3.1 工程测绘之中GPS 測量技术的应用原理

工程测绘中采用GPS 定位测量技术应用原理结合了交互定位和物理以及几何学科中的相关原理，并且通过GPS 卫星与地面接收装置来完成对测量物的定位，综合结合已接收到的卫星信息来求取未知点位置的定位，根据距离等于光速与传播时间之积来确定卫星的距离，此计算关键是记录时间的时钟精确性。

3.2 在城市建设中GPS 测量技术

在城市建设中，应用GPS 测绘技术，不仅能够满足城市的规划要求，还能够改善城市控制测量的准确性以及测量速率。在实行GPS 测量作业前，提前收集测量地区较小比例的地形图以做参考，或是进行野外勘探作业，按照城市测量地点所具备的特点来进行相关的工作。比如依据工程项目，设定项目名称，整理测量地区的已控制点，来监测其是否符合GPS 作业的要求。进行野外勘探时，把基准站建立在选定的控制点内，取出接收器进行相应的输入再予以设置，完成后要检查GPS 卫星数是否在五颗以上，发射台的指示灯是否正常工作，要选2到3个已知的控制点看是否符合测量精度，要对传输得到的坐标来进行相应的整理、分类、评定以及判断而后作出详细文件。

3.3 监测工程变形中GPS 测量技术

工程建设的过程中，工程变形是常见的问题，主要是由人为造成地面或者建筑物的变形，以及建筑物移位等，GPS 测量技术三维定位精度高，所以在监测工程中被重点加以运用。变形中有很多种，建筑物沉陷、资源开采地面的沉陷和大坝变形等，对大坝进行监测能够很好的预测变形所造成的意外状况。

3.4 地下工程测绘中GPS 测量技术

传统的测量技术主要采用三应答器、经外侧距仪及经纬仪等设备来测量平面位置的三维坐标，采用测探仪来测量具体的水深程度，测探仪的工作原理主要是利用超声波进行测定，因此必须借用潮位移来测量潮位来校正水深测量值，最后再得到水下地形的高度。在实际的测绘过程中，可将潮位移、差分GPS 接收设备以及测探仪共同组合成水下测绘的完整系统，工作者即可通过导航监视器来实时监测航向并进行及时的修正，操作简便，可提高测绘的工作效率。

3.5 地控制网点测定中GPS 测量技术

随着GPS 技术的不断发展，目前传统的常规测量建立的大地控制网点已经完全被GPS 测量技术所取代。通常情况下，大地控制网点测量包括城市控制网点测量以及全国性的大地控制网点两种类型。①城市控制网点测量：通常这种工程测绘的长度在几十公里左右，一般面积较大，使用频率较高，对测量的精度要求极高，常规的测角、测距测量的精度不高，且控制点会经常被破坏，从而使测量进度缓慢，工作效率极低。②全国性的大地控制网点测量：通常这种测量工程的距离较长，一般在几千公里甚至几万公里以上，常规的测角、测距不仅需要大量的人工劳动，而且测量误差较大，工作效率较低。GPS 测量技术的测量快速、精度高、定位范围广等优点可完全克服这些缺陷。

3.6 房地产测绘中GPS 测量技术

在实际的工程测绘过程中，较为常用的是实时动态差分的GPS 测量技术，尤其是在房地产的工程测绘中尤为适用，这种全新的先进技术可以在观测户外位置后进行跟踪定位，随即取得精度较高的定位。在实际的房地产以及地籍测绘过程中，只需要一位技术操作人员、一台监测仪器，利用 GPS 测量技术来测定每种土地的权属界点，由于实时动态差分技术并不需要测量测定点之间的通视，因此每一个测定点的定位只需要几秒钟的时间即可，借用计算机软件将获得测量数据进行运算、处理，可直接输入GPS 系统中就可以获得相应的所需的房地产测绘图或地籍测绘图，可以减少人员的劳动量，提高工程测绘的工作效率。

4 结束语

随着GPS 技术的飞速发展，GPS 技术应用的范围也越来越广，作为先进的测量手段和新的生产力，其具有全天候、高精度和自动测量的良好特性，经过多年的发展，在经济建设、交通建设、国防建设以及社会的各个领域GPS 技术都取得了骄人的成绩。在工程测绘这一领域，GPS 技术也有非常广泛的应用。