GPS技术在工程测绘中的应用分析

GPS 中文简称“球位系”，汉译为“全球定位系统”或者“卫星实时测距导航”。该系统于20 世纪70 年代由美国陆海空三军联合组织研制，耗时历经 20 年，耗资将近 300 亿美元，于20世纪90年代初期建成，主要为军事导航定位服务。GPS通过卫星发射在全球范围内无线电信号进行定位导航，全球覆盖率高达 98%，它的建成对美国重大航天技术的建成具有重要意义，标志着美国导航技术的时代性进步。GPS不但可以运用到国家军事国防建设服务领域中，同时在民用上也被广泛应用，而GPS定位技术的逐步成熟，也促使测绘技术掀起新的科学技术革命，推动了测绘领域的应用发展。

一、GPS 测量技术的特点

GPS 测量技术的特点主要有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

1.1 定位精度高

应用实践已经证明，GPS 相对定位精度在50km 以内可达10-6，100km-500km可达10-7，1000km可达10-9。在 300m~1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为 0.5mm，校差中误差为 0.3mm。

1.2 观测时间短

随着 GPS 系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20km以内相对静态定位，仅需15min-20min;快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在 15km 以内时，流动站观测时间只需1min-2min，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

1.3 GPS 作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大

GPS 可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

二、GPS 测量过程实施

2.1 选点以及建立标志

基于GPS测量站内部之间不要求通视，并且网型结构体系较为灵活，因此选点工作的顺利进行就得以保证，实现了简便的测量，要比常规测量方式更加省时高效; 也省去了建立视标的费用降低经济成本。但作为GPS技术在工程测绘测量过程实施环节中有它的自身特性要求，要求满足：选点位置要选择交通方便、接收设备容易安装、视野开阔的点位，以保证地面控制网能够进行常规联测;同时选点位置要尽量避免电磁波反射、吸收、干扰的金属以及障碍物。诸如，高压线、有线电台、高层建筑施工现场、水区等;选点位置确立后，应做标志，埋放标石，用来方便保存。最后，应绘制点之记GPS网选点图，作为提交的选点技术资料。

2.2 外业观测

外业观测是指GPS通过卫星导航系统，将接收采集而来的信号对测量工作进行接收操作和观测记录，以及准确定位安装天线的作业流程。外业观测应予严格执行技术设计操作规范进行科学操作、实施，以求协调好外业观测的具体进程安排，高效科学合理地提高进程的质量。在完成外业观测的作业流程进度之前，要对选定的接收设施实行严格的检验。天线的妥善安置是实现精密定位的重要条件之一，其具体内容包括：对中、整平、定向并量取天线高。接收机操作的具体方法步骤，详见仪器使用说明书。实际上，目前GPS接收机的自动化程度相当高，一般仅需按动若干功能键，就能顺利地自动完成测量工作;并且每做一步工作，显示屏上均有提示，做到实时记录，减少外作用操作量。观测记录的形式一般有两种: 一种由接收机自动形成，并保存在机载存储器中，供随时调用和处理，这部分内容主要包括接收到的卫星信号、实时定位结果及接收机本身的有关信息。另一种是测量手簿，工作量大，需要有人随时记录。观测记录是GPS 定位的原始数据，也是进行后续数据处理的唯一依据，必须妥善保管。

2.3 成果检验和数据有效处理

外业检验是检测观测成果的必要作业工序，它是实现观测质量以及预期定位精准度的重要程序，因此，当观测工作任务完成时，务必在测区要尽快对外业技术数据进行细致检验; 同时根据实际的过程可以做出必要的重测或者施行补测举措; 对照相关的技术规范，对各项检核任务加以谨慎检查，以保证测量过程准确无误，之后才能运用平差计算方式对其数据进行有效处理。GPS测量技术的运用，是采取连续同步的观测方法，其观测时间大概15s就自动实时做出数据记录，实时测量的数据与信息量可谓庞大，这是一般常规通用的测量方法无可比拟的;另外，以数学模型、常规算法等方式测量处理过程相当复杂。实际工作中，借助电子网络计算机，对数据进行加工分析，自动化处理，这也是GPS被广泛使用到工程测绘的具体原因之一。

三、GPS 测量技术在工程测绘中的应用

在工程测绘中常用的 GPS 测量技术是 RTK(Real-time kinematic)，即实时动态差分法。该方法是以 GPS 测量方法为基础。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

3.1 控制城市建设中测绘精度

为满足城市建成区和规划区测绘的需要，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS 静态测量，点间不需通视且精度高，但数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用 RTK 技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。

3.2 应用于大地控制

GPS 定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说 GPS 定位技术己完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。我们一般将应用 GPS 卫星定位技术建立的控制网叫 GPS 网。归纳起来大致可以将 GPS 网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS 网，这类 GPS 网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地完形变规律等问题。另一类是区域性的 GPS 网，包括城市或矿区 GPS 网，GPS 工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里.其主要任务是直接为国民经济建设服务。目前，在 GPS 技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的生产厂商有美国 Trimble(天宝)导航公司、瑞士 Leica Geosystems(徕卡测量系统)、日本 TOPCON(拓普康)公司，国内厂家主要有南方测绘、中海达、华测、科力达等。

南方测绘的 GPS 接收机产品主要有 RTK S82、S86、S82-1、S86-T、蓝牙静态 GPS 等。其中S82-T采用一体化设计，集成GPS 天线、UHF数据链、BD970、天宝嵌入式定位技术、即插即用式U盘设计、蓝牙通讯模块、锂电池，其 RTK 定位精度：平面±(1cm+1ppm)，垂直 ±(2cm+1ppm);静态后处理精度：平面±(2.5mm+1ppm)，垂直±(5mm+1ppm);单机定位精度：1.5m(CEP);码差分定位精度：0.45m(CEP)。

3.3 RTK 技术在地籍和房地产工程测绘中的应用

地籍和房地产测量中应用 RTK 技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍与房地产图，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。将 GPS 获得的数据处理后直接录入 GIS 系统，可及时地、精确地获得地籍和房地产图。但在影响 GPS 卫星信号接收的遮蔽地带，应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析法或图解法进行细部测量。

在建设用地勘测定界测量中.RTK 技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围，计算用地面积。利用 RTK 技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由 GPS 软件中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。

在土地利用动态检测中，也可利用 GPS 技术。传统的动态野外检测采用简易补测或平板仪补测法。如利用钢尺用距离交会、直角坐标法等进行实测丈量，对于变通范围较大的地区采用平板仪补测。这种方法速度慢、效率低，而应用 GPS 新技术进行动态检测则可提高检测的速度和精度，省时省工，真正实现实时动态监测，保证了土地利用状况调查的现实性。

四、结束语

与以往传统的工程测绘方法对比，GPS 测绘更具时代性意义，同时其定位精准、成本较低、点间无需通视，更重要的是不受自然天气因素影响，另外设备本身轻巧方便，操作科学简单，经过二十多年的努力实践证明，GPS 定位系统是一个准确精度高、全球全天候的智能无线电导航，在工程测量中得到了广泛的应用。

参考文献

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