GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性
范仁华
（葛洲坝股份有限公司乌东德施工局 四川 644600）
摘 要：近年来，随着GPS测量技术的发展，工程测量的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性，在工程测量中发挥了重大的作用。本文主要就GPS技术在工程测量中的应用现状及其在工程测量的局限性进行了相关的探讨，以供大家参考借鉴。
关键词：GPS技术；工程测量；现状；局限性
引 言：GPS 可以在任何时间、全球任何地方提供三维位置、三维速度和时间的信息服务。经过多年的发展，已经逐渐变为一种世界性的高新技术产业，受到人们的普遍关注。但是我们也要关注GPS定位技术的局限性，因GPS对于测量工作不是万能的，具有一定的局限，最明显的例子是：它对于像基坑、高支模监测等很多工程测量是无能为力的，只有客观地对待这一技术，才能更有效发挥这一技术的优势，避免GPS定位技术应用的盲目性。
1 GPS定位技术在工程测量中应用现状
GPS是美国从20世纪xx年代开始研制,历时xx年,耗资200亿美元,于19xx年全面建成,具有海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着GPS定位技术的不断改进,软、硬件的不断完善,长期使用的测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次性确定三维坐标的高速度、高精度、费用省、操作简单的GPS技术代替。
在我国 GPS 定位技术的应用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用 GPS 技术，在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用 GPS 技术。随着DGPS 差分定位技术和 RTK 实时差分定位系统的发展和美国 AS 技术的解除，单点定位精度不断提高，GPS 技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的应用前景。
2 GPS定位技术的基本概念
2.1 GPS技术的工作原理
GPS系统是一个采用距离交会法为基础的卫星导航定位系统。距离交会法的基本原理是：以GPS接收机所设置的位置为基准点，接收由GPS卫星发射出来的信息；然后由计算系统对接收信号的时间进行计算，算出GPS卫星与GPS接
收机之间的距离；最后通过GPS卫星与GPS接收机之间的距离可以计算得出卫星的三维坐标，即空间距离。GPS主要采用的坐标系统有两种:空间固定坐标系统和固定坐标系统。在使用GPS技术的过程中为了促进观测的效果和有效地表达控制点的位置，我们还可以对其坐标系进行转换。
2.2 GPS的组成部分
GPS系统的组成主要由三部分组成：卫星接收设备、地面控制系统和空间卫星群。以下是对这三部分的详细介绍。
（1）卫星接收设备，其作用是用来接收卫星发出的信号，同时使用接收的信号对卫星进行定位导航。主要构成部分有气象仪、数据处理软件和接收机。
（2）地面控制系统，由两个注入站，五个监测站和一个主控站组成。监控站的作用是接收卫星信号，注入站的作用是将修改参数注入主控站，而主控站的作用是计算卫星的卫星钟和星历的修改参数。
（3）空间卫星群，指的是分布在宇宙空间轨道上的二十四颗夹角均为六十度GPS卫星组成的一个群体。
3 GPS 技术应用在工程测量中的特点与局限性
3.1 GPS 技术应用的特点
（1） 用途广泛
GPS 技术可以应用于国民经济的各个领域, 对于测绘工作者而言, GPS 定位系统己应用: 大地测量, 地壳板块运动监测, 建立各种工程监测网和进行各种工程测量等。GPS 技术在工程测量中的应用有着广泛的前景, 特别是自动变形监测系统、工程施工的自动控制系统是未来应用研究的重要方向之一。
（2）自动化程度高
用 GPS 接收机进行测量时, 仅需一人将天线准确地安置在测站上, 量测天线高, 接通电源, 启动接收单元, 仪器即自动开始工作, 在结束测量时只需关闭电源, 接收机便完成野外数据采集, 若在一个测站上需要作长时间的连续测量, 还可实行无人值守的数据采集, 通过数据传输, 将所采集的定位数据传输到数据处理中心, 实现自动化的 GPS 测量和计算。
（3）定位精度高
短距离(15 公里以内)精度可达毫米级, 中、长距离(几十公里甚至几百公里)相对精度可达到 10 - 7 至 10 - 8米级。差分导航的精度可达米级至厘米级。大型建筑物、构筑物变形监测, 在采用特殊的观测措施、精密星历和适当的数据处理模型和软件后, 平面精度可达亚毫米级, 高程精度可稳定在 1mm 左右。
（4）全天候实时动态观测
应用 GPS 定位、导航, 不受天气的影响, 可以全天候地工作。这一特点保证了变形监测的连续性和自动化。
（5）可消除或削弱系统误差的影响
在变形监测中我们关注的是两期的变形量, 而不是变形监测点本身的坐标, 两期变形监测中所含的共同的系统误差虽然只会分别影响两期的坐标值, 但却不会影响所求得的变形量。即在变形监测中, 接收机天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果, 只要天线在监测过程中能保持固定不动即可。
3.2 GPS技术应用在工程测量中的局限性
GPS技术以其独特而强大的功能与优点充分显示了它在该领域发展的优越性，以及更大、更广阔的发展空间。但在该领域实际施工过程中和后续工程的建设和监测中也暴露出了一些不足。
（1） GPS系统精确定位的关键就在于对卫星和接收机之间距离的准确计算，按照固定模式：距离=速度×时间，时间确定之后， 速度按电磁波的传播速度定。众所周知电磁波在真空中的传播速度很快，但大气层不是真空状态，信号要受到电离层和对流层的重重干扰。GPS系统只能对此进行平均计算，在某些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差；
（2）与常规仪器进行的控制测量一样，使用GPS-RTK技术应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布。当使用动态GPS-RTK进行观测时，基准站的精度要经过3-5个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。
（3）大量的工程实例证明，虽然GPS高程测量能够达到一定的精度，但用GPS施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。
（4）GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标（包括高程）的，任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产
1点位视野开阔，向上15°生误差。为此，在选择测量点位时应注意以下几点：○，
2尽量远离大功率无线电发射源，视角范围内应尽量避免有障碍物。○间距应不小
3远离具有强烈干扰卫星于400 m，远离高压输电线路，间距应不小于200 m。○
信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。
（5）GPS测量更适用于视野开阔、障碍物较少的新区建设、野外勘探定位等，在老城区的建设中，使用GPS测量，或者接收不到信号，或者虽接收到信号，但一直处于浮动状态，出现假固定或者不能固定，因此所得数据往往误差较大，既无效率，又无精度，不能显示出GPS测量的优越性。
（6） GPS测量成果与常规测量成果之间，不同型号GPS测量成果之间存在差异，有时相差比较大。GPS网在进行平差计算时，边长一般需要进行两项改正：1归算至大地水准面的改正；2归算到高斯投影面上的改正。○○二维联台平差模型不能解决平面位置与高程位置统一的问题，而三维联台平差模型是一个多功能的可实现平差模型转换的高级平差系统，平差得到的结果是点的三维空间位置及其精度，这对于点位及其分量的全面分析和研究是极有利的。但在三维联合平差时，需要地面点有相应精度要求的大地高观测值，这在某些情况下是难以实现的。
（7） GPS及其相关技术是一门新兴起的技术，其运用的规范标准还不够完善，目前我国还没有颁布统一的地理信息标准，导航产品生产商大多使用自己开发生产的电子地图，这些电子地图一般相互不兼容。另外，产品没有统一的标准规范，产品市场没有形成标准，特别是软件产品没有形成统一的规范。这还待有关部门进一步研究制定。
4 结束语
综上所述，在工程测量领域中，GPS定位技术其独特的优越性和适应性，为工程测量质量提供了有利的保障，具有明显的经济和社会效益。同时也存在一些不足，还有待于进一步研究改善来适应实际测量工作。随着相关技术软件的不断发展改进，GPS定位技术将在城市建设及工程测量中得到更加广泛的应用。
参考文献：
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