GPS测量技术及其在工程测量中的应用
【摘 要】介绍了GPS的系统组成、工作原理、技术特点、操作方法以及GPS测量技术在工程测量中的应用。
【关键词】全球定位系统；GPS测量技术；工程测量；应用
全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统。是一种可以通过定时和测距进行空间交会定点的导航系统， 可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维坐标、三维速度和时间信息。
1.GPS系统的组成
GPS定位系统由GPS工作卫星组成的空间部分、若干地面站组成的地面监控部分及以接收机为主的用户部分组成。三者具有的功能和作用， 又有机结合形成完整系统。
1.1空间星座部分
空间部分由7颗试验卫星和24颗GPS工作卫星组成。
1.2地面监控部分
地面监控系统由1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。
1.3用户设备部分
用户设备部分包括GPS接收机和数据处理软件等。
2.GPS系统的卫星定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。
3.GPS测量的特点
3.1测量精度高
GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km 的基线上，其相对定位精度可达1×10-6，在大于1000km 的基线上可达1×10-8。
3.2测站间无需通视
GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。
3.3观测时间短
进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。
3.4仪器操作简便
观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
3.5全天候作业
GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
3.6提供三维坐标
GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。
4.GPS在工程测量中的实施
4.1选点与建立标志
选点应满足以下条件：点位应选在交通方便、易于安置接收设备的地方， 且视场要开阔；GPS点应避开对电磁波接收有干扰的物体。
4.2外业观测
GPS外业观测主要包括天线安置、观测作业和观测记录等。天线安置的内容包括对中、整平、定向和量测天线高。观测作业的主要任务是捕获GPS卫星信号对其进行跟踪、接收和处理， 以获取所需的定位信息和观测数据。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， 必须要真实、准确。
4.3成果校核与数据处理
5.在工程测量中的应用
工程测量主要应用了GPS的两大功能： 静态功能和动态功能。静态功能是
通过接收到的卫星信息， 确定地面某点的三维坐标； 动态功能是通过卫星系统， 把已知的三维坐标点位， 实地放样地面上。利用GPS静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。当前， 用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量， 为勘测阶段测绘带状地形图、路线平面、纵横断面测量提供依据； 在施工阶段为桥梁， 隧道建立施工控制网。
5.1建立工程控制网
采用GPS定位的方法建立工程控制网，具有点位选择少，作业时间短，成果精度高，工程费用低等优点。可应用于建立工程首级控制网，变形监测控制网，工矿施工控制网，工程勘探、施工控制网，隧道等地下工程控制网，等等。
5.2变形监测
变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技术要求高。GPS技术在该领域有广泛的应用。
5.3实时动态（RTK）定位技术
实时动态（RTK）定位技术是GPS测量技术发展的一个新突破， 在公路工程中有广阔的应用前景。实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，实时动态（RTK）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式， 两种定位模式相结合， 在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。速静态定位模式一般应用在控制测量中， 如控制网加密；工作。
5.4动态定位
动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景， 可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面测量等工作。且整个测量过程不需通视， 有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。
GPS在公路工程测量中的应用， 对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了性的变革， 极大地提高了勘测精度和勘测效率， 随着科学的发展，GPS将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。
