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摘要:GPS是由美国国防部研制出的全球卫星定位系统，原理是借助众多卫星来对地球地面某一地点或者某些地点进行定位。随着近年来科学技术的发展，GPS的技术呈现多元化，得到了非常广泛的应用，比如电子业和交通业等，并且由于GPS的高精确度和较短的检测时间，其在工程测量中也起到了举足轻重的作用。本文结合GPS测量技术的特点，分析了其在工程测量方面的应用。
关键词:GPS测量技术；工程测量；应用
0引言
上世纪70年代开始，美国率先对GPS系统进行设计与研制，研制成功后开始是多用于军事方面和航空航天科学技术方面的。随着研究不断深入，高端科技逐步民用化，GPS技术一步步普及到了民用部门，比如在工程测量方面的应用。 近两年的公路铁路工程、水利水电工程等实际测量工作中GPS的广泛应用就验证了这一趋势。而工程测量作为工程建设的基础工作，是收集整理建筑工程地段的各种地质条件的资料，通过分析绘制出工程地图以供建筑工程参考的过程。那么采集数据的这一重要阶段，就需要自动化程度高、测量速度快、测量精度高的GPS测量技术的应用，它能够使工程测量人员较快掌握一定地质条件下的地理数据，保证工程测量作业的质量。
1 GPS测量技术简介及特点
1.1GPS系统组成
GPS系统全称是全球定位系统，它主要由三部分组成，包括：空间卫星、地面监控以及用户设备。
空间卫星：分布在多个不同的轨道上的24 颗卫星，是GPS 空间组成部分，它能够保证实现卫星对地球任意方位的控制点的检测。
地面监控：地面控制的首要任务调控整个卫星系统，从而维护GPS的整体运行，是GPS系统正常运作的关键。地面监控能分析观察得到的数据从而计算出卫星时间，然后修正监测出的卫星误差。
用户设备接受机：接收机在设定的程序下收集、整理和存储从卫星定位装置获取的信息，然后根据相应算法选择有用的数据信息。主要任务是排除相关故障，保证设备的正常运转。
1.2 GPS测量技术的优势
相比常规的测量方法，GPS测量技术有以下优势。
①定位准确
工程的测量为了保证数据的准确性和定位的精确性，需要有较高精确度的定位系统，GPS定位系统能在50千米的距离内实现精确定位，相对定位精度能够达1×10-6，并且其定位的准确度也在随着观测技术的不断发展而不断上升，能够满足工程测量的各种要求。
②观测时间短
除了对数据精确度的要求，工程测量也讲究快捷性。而现在GPS能在15千米范围内的快速静态对象，1分钟就可以观测完毕，这样能为工程测量节省很多时间，创造更多的价值。
③全天候作业
GPS测量技术是采用多卫星分布系统，在空间轨道分布的卫星能覆盖全球各个角落，从而保证不间断全天候作业，满足率工程测量的及时性需要，随时为工程测量提供精确的数据。
④测站间无需通视
GPS系统为全球定位系统，在进行工程测量时，不需要测站之间的通视，相比于普通工程测量更节省资源。不但能灵活操作，自主选择需要测量区域，同时还能保证数据的准确性。
2 GPS在工程测量中的应用分析
2.1建立工程控制网
工程管理和维护的基础项目是要建立出正确的工程控制网。工程项目的规模决定了控制网的精度要求。一般来说，工程控制网精度要求高且覆盖面积小。常规的边角网法选择限制比较大，而且结果误差较大。但采用GPS定位建立工程控制网时， 点位选择方面限制少， 并且建立时间短， 结果精度高， 工程花费低，相比传统方法优势巨大。针对不同的工程项目可以应用于建立变形监测控制网， 工程施工控制网， 隧道等地下工程控制网等。需要注意的是，为了保证达到毫米级的精度，应用GPS技术建立控制网时通常采用载波相位静态差分技术。
2.2控制测量
GPS测量技术有动态和静态测量两种，如果对于测量结果的精密性要求很高，就要采用GPS静态测量的方法，因此对大型建筑物比如隧道、特大桥梁、互通式立交的控制测量要尽量采用静态测量的方法。不过对于需要实时获取定位精度的工程，比如普通公路工程的控制，这时最好选择测动态测量的方法，结合GPS测量过程测站间无需通视的优势，动态测量可以随时获得每一时刻所需要的定位信息，而且测量操作相对简单。
2.3水准点的测定
工程测量中，水准点的测定是其中一项重要技术。传统的技术进行测量时，整个水准点的测定过程需要缜密的思考及运算，稍有错误就可能会出现各种漏洞，使测量精度下降，并且随着距离的增大，误差也会随之扩大，最后就会严重影响工程测定质量。而GPS测量技术时，可以通过接收来卫星信号，准确地测定临时水准点的具体位置，不仅可以加快工程测量的进度，也提高了测量结果的准确度。
2.4大比例尺地图绘制
用传统方法进行大比例地图绘制时，需要先建立高等级公路工程的控制点，然后进行相关碎部的测量，不仅工作量大、而且花费时间多。若采用GPS动态测量技术，也叫做PTR技术，先通过在高速公路沿线的每个碎部点上停留1～2分钟的方法获取到各碎步点的坐标，然后结合工程控制输入点的具体特征编码及属性信息，实现所有碎部点的数据构成，最后在室内通过绘图软件便可绘制成图。因此，在大比例地形图的绘制上应用RTK技术，采集数据速度快，绘图方便，从而降低了测图难度。
2.5 道路截面测量
现在公路的勘测工程大都采用传统的全站测量仪测量方法，由于受到通视条件的影响，道路截面的测量工作会很复杂，，不仅测量结果的精密程度不好控制，而且工作量还很大。而GPS测量技术由于具有点与点之间不需要通视即测站间无需通视的特点，既可以减少测量工作量以及人力物力资源，又能提高截面测量的精度以及测量速度。
2.6 建筑变形监测
如今随着建筑水平和生产要求的不断提高，大桥、水库大坝、高层大楼等大型建筑物越来越多。但这些建筑物随着时间的流逝会出现诸如地基沉降、位移以及整体的倾斜等问题。所以保证对这些大型建筑物的时时监测是保障人们生命财产安全的要点。但这些建筑往往尺寸巨大，外部的监测环境复杂，这就导致监测技术的要求特别高。而常规的监测地基的位移和整体的倾斜的角度交会测量的方法往往技术要求高，并且耗费时间长。但应用GPS 技术后，可以明显解决这一问题，比如为了监测大桥的形变程度，可在先分析好大桥的预计变形区，设置好监测位置；同时选择好远离大桥的某一基准位置。然后将GPS接受机安置在基准位置和监测位置上，这时技术人员只需要在数据处理室时时接受GPS传来的信号，对其进行分析处理就可以了。这种自动化的GPS测量技术，实现了对大型建筑的自动连续观测，大大减少了测量工作量以及对测量人员的技术要求。
3 GPS在工程测量中的问题及解决措施
3.1GPS接收信号不稳定问题
在实际测量中GPS 测量技术会出现接受信号不稳定的问题，通常不稳定现象持续时间比较短，而且区域影响比较集中，尤其是RTK技术表现的较为明显。总结一下主要因素有：①施工现场的地形多变。现在施工地点对GPS 信号构成显著干扰的大部分因素是高大的建筑物，高大建筑对信号阻碍遮挡会导致观测值产生周跳，破坏了计数的连续性，同时使得观测的卫星数减少，卫星信号减弱多，影响GPS信号接收质量。②路径效应。这也是导致GPS 测量定位不准确的主要因素。比如对于分布在山区深沟中的涵洞和桥梁桩监测通常会不准确，因为他们离附近的GPS基站比较远，导致了GPS测量定位难以固定。针对以上原因，改进措施就是：选择测量位置时不仅要避免离GPS基站过远，还要选择地势高，高大建筑或植被少的测量点。
3.2测量时间段的影响
由于每天某个时段覆盖在测量地段上空的卫星数目的不同，GPS接收器接收到的信号强弱就不同。若在某个时间段覆盖在上空的卫星数量较多，那么这个时段内的数据较为充分而且结果比较准确；但有的时候覆盖卫星数目少或者没有覆盖卫星的时段，这时由于接收的信号强度弱且信息少，测量精度就明显不符合技术要求。因此，对于测量时段对GPS测量精度的影响，我们应尽量减少其主观因素，比如在进行GPS测量时，我们要尽量选择测量地区上空卫星覆盖数目多的时候进行作业，这样能保证GPS接收到多个卫星的较强的信号，对于确实卫星数目少的地域，我们可以采取多次测量或同一时间段多天持续测量，然后统计均值。相信未来的某一天，科技的发展能彻底全面的提高GPS 测量精度，使其不受测量地点及时间的限制。
3结束语
GPS测量技术在工程测量中的作用在如今我国的现代化建设进程中体现的越来越明显，并且其在大型工程项目的工程测量中越来越起到举足轻重的作用。伴随着传统工程测量技术越来越不能满足当前工程精度要求的背景下，GPS测量技术一定能凭借其高精度、高效率的优点，对未来的工程项目建设做出越来越大的贡献。
参考文献:
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[2] 周建郑，任伟. GPS全球卫星定位系统及其在测量中的应用[J]. 开封大学学报. 2015
[3]汪键林GPS测量技术在工程测绘中的应用[J].中国新技术新产品，2016.
[4]黄国强，苏长勇.GPS测量技术在公路工程中的应用[J].中国新技术新产品.2015
作者简介：全峰 男 （1990-01） 本科 助理工程师 主要从事测量工作。
论文作者:全,峰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：测量论文; 工程论文; 技术论文; 精度论文; 信号论文; 数据论文; 作业论文; 《防护工程》2017年第30期论文;