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摘要：随着社会的快速发展，传统的测量方式已逐步退出了社会舞台，各种新的测量技术逐步被应用推广，GPS测量技术就是其中一种。GPS全称是全球定位系统，能通过环球通讯卫星系统和相关无线导航设备，为使用者提供数据。本文研究了GPS技术的特点和该技术在工程测量中的应用，为大家提供借鉴。
关键词：GPS测量技术；工程测量；应用
1引言
20世纪70年代，GPS技术开始进入社会，并且不断完善和发展。这一定位技术的出现和发展，使得测绘定位技术进入了一个全新时代，为工程测量提供了全新的测量方法。GPS技术自动化程度高，能够通过卫星定位准确的快速的采集测量点。在大幅度提高测量精度的同时，也保证了测量效率。经过长期的发展和完善，GPS技术已在市场站稳了脚跟，通过建立GPS控制网来为工程测量提供多方面的支持。
2 GPS系统
GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元。
2.1 GPS系统构成
GPS主要由空间部分、地面部分、用户设备这三部分组成。空间部分是由分布在6个相对于赤道。GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55度。此外，还有4颗有源备份卫星在轨运行。每颗工作卫星的发送导航信号频率为L1=1575.42兆赫和L2=1227.6兆赫，L1用C/A码调制，L2用P码调制，导航信号则使用伪随机噪音编码调制。人们还设置GPS空间群来保障大家可以随时随地接收卫星信号；地面部分包括地面天线、主控站和监测站及通讯辅助系统这几部分。监测站在接收卫星信号的同时，主要是用来监测卫星的工作状况。而主控站能够控制卫星，提供时间基准，并对卫星发布指令等等。其主要功能是将计算出的卫星钟和卫星星历的差和大气层修正参数等数据通过注入站注入卫星；用户设备由数据处理软件和相应的用户终端设备以及GPS接收机这几部分组成。主要用来接收卫星信号，让人们利用信号对当地的地理位置和相关情况进行一定的了解。
2.2 GPS测量工作原理
GPS系统通过高轨测距体制，将空间卫星之间和测量地点的距离作为基本的观测量，从而对所需的数据进行测量。通常情况下，人们要获取观测量常常使用载波相位测量和伪距测量这两种方法。载波相位测量是人们较常用的一种方法。因为伪距测量在实际应用中容易存在较大的测量误差，极易导致GPS空间卫星和接收设备的无差别性。而载波相位测量是测量GPS卫星载波信号传播路径而确定的，相比伪距测量，它的精确度要高出很多。
3 GPS的特点
3.1 实时作业，动态观测
GPS系统的工作卫星分布广，数目多，能够全天候、全方位进行连续地观测，并且不会受到天气变化的影响。而利用GPS系统导航，我们可以捕捉到目标的动态三维位置以及变化的速度，对其达到实施监控的目的，以此选择适合自己的航线。
3.2 操作简单
当代社会，科技发达，GPS测量自动化程度很高，对人工作业要求低，能够较好地完成数据输入、处理和保存。如今，GPS接收日趋精简化，工作人员只要整平居中天线，在量好天线后打开电源，GPS系统将会进入自动化状态，继而获得观测点的三维坐标。其他观测工作将由仪器自动完成，工作人员需要做的很少，例如设定参数。
3.3 观测时间短
GPS测量技术观测时间短，如果观测10km以内的基线，双频接收机只要10分钟不到的时间，而单频接收大约要半小时。而如果使用定时动态定位模式，流动站在经过5分钟以内的初始化观测后能够随时进行定位，每战观测只要短短几分钟。
3.4 定位准确度高
GPS测量技术基本能够满足通常的测量工作需求，不包括高级控制测量，其测量精准度可以达到
厘米级别，远高于导航型手持机。而RTK定位精度可以达到：平面：±（10+1*10-6D）mm，高程：±（20+1*10-6D）mm；静态、快速静态精度：平面：±（2.5+1*10-6D）mm，高程：±（5+1*10-6D）mm；并且，GPS观测距离越长，GPS测量越占优势。当基线小于50km时，定位精度可达到1×10-6；而当基线大于1000km时，其精准度可以达到1×10-8。
3.5 信息多样齐全
GPS测量技术可以针对各种用户的不同需求，为他们提供需要的动态三维位置、速度和时间方面的信息。GPS测量技术功能很多。在可以为人们提供导航和测绘的基础上，还能够进行时间和速度的测试。在科技发达的时代，GPS测量技术逐步得到完善，开始往其他方面发展。如今，GPS测量技术广泛应用于海洋测绘、陆地测量和航空摄影测量等方面。
4 GPS测量技术在工程测量中的应用
GPS测量技术在工程测量中主要有静态功能和动态功能这两方面功能。静态功能是利用收到的卫星信息来获取所需点的三维坐标，而动态功能则是将已获得的三维坐标通过卫星系统放到实地上。如果将两者相结合起来，则能够高效精确的完成测量任务。
4.1动态定位
动态定位方式目前在公路勘测阶段有着广泛的应用，在此阶段可用来完成纵断面测量、横断面测量、地形图测绘等任务。并且在整个测量过程中不需要通视，大大优越于普通的测量仪器。
4.2实时动态载波相位差分定位技术（RTK）
RTK测量系统是GPS测量技术与数据传输技术构成的组合系统，RTK定位技术就是基于载波相位观测的实时动态差分定位技术，它能够实时实实地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK是高精度GPS测量定位最常用的技术。实时动态载波相位差分定位技术包括流动站和基准站两部分组成，实时动态载波相位差分定位技术有两种测量模式：动态定位模式和快速静态定位模式。实时动态载波相位差分定位技术系统用户由数据链、基准站和流动站三部分组成。（如图1，为RTK工作原理示意图）通常是将基准站接收机架设在某参考点上，不断接收可视GPS卫星信号，并通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发送出去，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，求载波相位整周模糊度，在通过相对定位模型获取所在点相对基准站的坐标和精度指标。在系统内进行实时处理，给出厘米级定位结果。
图1 RTK工作原理示意图
4.3变形监测
变形监测通常是用来监测高楼大厦、水库水坝和桥梁等建筑物的位移、地基沉降和建筑物的倾斜状况。该监测工作的特别处是被监测的建筑物体积庞大，监测要求高，环境复杂，普通监测技术无法满足工程需求。GPS因而被广泛应用于此相关领域。
4.4工程控制网的建立
利用GPS建立的工程控制网具有很多优点，比如，工程花费少，工程作业时间不长，成果准确度高，选择有很多，限制少。能够用来建立工矿施工控制网，变形监测控制网，工程首级控制网等等。
5结束语
当代，GPS技术已广泛应用在工程建设中，尤其在桥梁和道路中发挥极大地作用。GPS测量技术的逐步完善，使得工程测绘水平有了极大的提高。同时，GPS测量技术也使定位技术进入了全新的发展时代。GPS测量技术在工程测量中能够进行动态监测，实时动态监测，变形监测，建立过程控制网。目前，GPS测量技术在提高工程测绘的效率的同时，还拓宽了工程测绘的范围。相信在不远的未来，GPS测量技术会有更好的发展。
参考文献：
[1]李俊. GPS 测量技术及其在工程测量中的应用[J]. 齐齐哈尔工程学院学报，2012，03：13-15.
[2]史华林.工程测量中数字化测绘技术应用[J].中国新技术新产品，2010（23）.
[3]李震章.工程测量中GPS 测量技术的优、缺点[J].中国新技术新产品，2010（1）
论文作者:李昆鹏
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/20
标签：测量论文; 技术论文; 工程论文; 载波论文; 相位论文; 动态论文; 系统论文; 《防护工程》2017年第16期论文;