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摘要：工程建设的多元化开发，促进了GPS技术在工程测绘中的应用。GPS技术在工程测绘中的有效应用，成为有效控制工程质量以及工程安全的重要技术保障措施。土石方测量是测绘工程的主要组成部分之一，土石方测量得到的测量结果对施工预算和造价都有直接影响。本文就阐述了GPS技术的工作原理以及在工程测量中的优点，并就其在土石方测量中的具体应用要求做简要的介绍。
关键词：GPS技术；土石方测量；应用
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
GPS测量技术是一门相对比较成熟的测量技术，被广泛应用于各种土方测量、地形测绘中。由于其技术要求高、数据处理过程繁杂，对室外和室外作业人员的素质都有较高的要求。因此研究其技术控制要点，对土石方测量的精准度具有重要的意义。
一、GPS技术概述
GPS又称为全球定位系统（GlobalPositioningSystemGPS），是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。
1、GPS系统的组成
GPS系统由3部分组成:空间部分、地面监控部分和用户接收设备部分。
1.1、空间部分。GPS卫星星座。GPS卫星星座由21颗工作卫星、3颗备用卫星组成,卫星均匀分布在6个地心轨道平面内,每个轨道4颗卫星,轨道倾角为55°。
1.2、地面监控部分。运行控制系统包括1个主控站、5个监测站和3个地面控制站。主控站位于科罗拉多斯普林斯的加州范登堡空军基地。主要负责从监测站收集数据,计算轨道和钟参数,结果送入控制站。5个监测站分别位于夏威夷、科罗拉多斯普林斯、阿松森岛(南大西洋)、迭戈加西亚岛(印度洋)和夸贾林环礁(北太平洋马绍尔群岛),负责对视见卫星监测采集数据。3个地面控制站分别位于阿松森岛、迭戈加西亚島和夸贾林环礁,负责向卫星上行发送信息。
1.3、用户接收设备部分。用户接收设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件及微处理机及其终端设备组成。接收GPS卫星发射的信号,获得必要的导航和定位信息,经数据处理完成导航、定位、跟踪、测绘和定时工作。
2、GPS定位原理
GPS定位技术主要采用伪距空间后方交会法或载波相位测量，地面接收站至少需要四颗以上卫星才能完成定位，这是因为所求定的结果中不但包括待定的点位X、Y、Z，还包括地面接收机的钟差参数，因为伪距是由卫星信号在大气中传播的时间和速度乘积求得，时间微小的变化就会给伪距带来不小的变动，卫星钟差可以采用数学模型进行修正，而地面接收机采用的是稳定性很差的石英钟，因此无法用数学模型修正，只能作为未知参数看待，卫星也就增加了一颗。这样GPS定位测量时待定参数就是四个，需要列立四个方程才能完成求解，也就对应有四颗以上卫星需要被锁定。
二、GPS技术在工程测量中的优点分析
1、定位精度高
GPS技术在作业时不受距离和环境的影响，在定位实时可以准确地定位运动目标的三维位置与速度。因此，其测绘精度要高于常规测绘，1min的快速定位法精度是±0.1m距离，不超过20min的相对定位精度可达±5mm，实时差分定位的精度可达厘米级。
2、观测时间短
由于GPS技术的观测站间不需要通视，降低了外部条件对技术的影响，直接导致了观测时间的减少和费用的降低，极大地提高了测绘的速度和工作的效率。运用GPS技术测量，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、自动化水平高
当前GPS技术的发展和进步，使GPS接收机向简单化、小型化和自动化的方向发展。观测人员通过自动观测，再对数据进行即时处理，就可以获得测点三维坐标。因此，获取的数据更加迅速、准确和便捷，水平也变得越来越高。
4、操作简便
随着GPS接收机的改进,GPS测量的自动化程度越来越高。在一个测站上,作业员只需安装并开关仪器、量取仪器高程和监视仪器的工作状态,而其他观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成,极大地减轻了测量人员的劳动强度。
5、节省人工
传统的工程测量工作，至少需要2人来完成，在大型土地测量中甚至需要多人来完成。而GPS测量中，只需要一个人就可以完成测量工作，并且效率和精确度更高。不论从工作完成情况还是人工费用节省方面，都有较大的优势。
三、GPS在土石方测量中的应用
重庆市永川区凤凰湖工业园李家嘴片区场平、河道改造及道路工程。该工程为平基土石方工程，地处农村区域，平场总面积约1300m*800m=1040000m²，经现场勘查，土石比例为风化岩、灰岩、角砾石、粉质粘土等，全段约280万m³石方爆破，工程量非常大。采用原始的全站仪测量方法难以保证数据的准确性，且测量和数据采集效率较慢，对施工和后期结算产生一定的影响。因此，就将GPS技术应用到土石方的测量施工中。
1、测量前的工作
1.1、测量方案的制定：根据测量面积、场地情况、高差坐落等客观条件，确定测量方案。主要包括点位的布置间距（如10m×10m）和方式（梅花状还是平直状）等。
1.2、测量的精度和点位数要求：根据测量的目的和使用功能不同，其测量深度要求也不一样。因此需明确测量的精度和点位数要求，进行有针对性的测量。
1.3、时限要求：建设工程一般都工期比较紧张，需要通过尽快的工程测量为后期的规划和整体场地布置提供依据，因此在前期，应该讲具体的时间要求进行明确，以便测量单位组织具体的测量方案和人员配置。
1.4、费用明确：根据场地地形地貌、周边环境、深度要求等不同，测量的费用是不一样的。在地质条件复的场地比平整开阔的场地费用要高很多，所以在测量之前应该结合具体情况来明确费用计算方式，以免后期出现纠纷。
1.5、测量相关资料的收集和整理：在工程测量之前，测量单位应该充分了解场地的水文地质条件、周边市政管网的布置、市政道路的建设、已有的原始坐标控制点和高程控制点等。以便指导测量方案的编制。
1.6、仪器设备的检查与检修：在测量之前，应该对相关仪器设备进行检查检修，保证其完整性。特别是设备的接收信号性能和数据显示功能，必须清晰准确，以免在测量中发生问题。
2、测量中的工作。
根据之前制定的测量方案，进行实地测量。点位布置必须按照预定间距来进行，如果由于各种外部原因无法测量的，可以变换位置或必要的时候可以增加点位，要求测量的每一个点位数值均应该进行有效记录，便于在后期工作中的数据处理。
3、测量后的工作。
3.1、数据传输：测量的结果会在仪器中储存。在全部点位测量完成后，应该将测量仪器与计算机进行连接，将数据传输到计算机中进行分析和处理。
3.2、分析和处理数据：测量完成后的数据分析是很关键的工作，因此有些数据可能由于传输的问题、信号的问题或设备自身的故障等因素，出现不完整或明显的错误。所以在处理数据的时候应该将这部分数据剔除出去，或进行适当的修正。必要情况下，需要重新补测，保证数据的可用和完整。
3.3、绘制成图：工程测量数据进行分析，绘制成所需要的工程测量成果，并通过软件计算出具体的土石方工程量。
结语
总之，随着现代高新科技的不断深化，GPS技术成为当前工程测绘过程中的重要方法。土石方测量是一个系统化的工作，土石方的精确测量对其成本控制具有重要的影响。因此，需要根据现场实际条件，制定针对性的方案，合理布置测设点位，完善方案制定、提高GPS技术水平和仪器精度，对不仅仅是土石方的测量工作都具有重要的现实意义。
参考文献
[1]潘冠军，刘凤平.GPS测量技术在工程测绘中的应用［J］.技术与市场,2012,（05）：147.
[2]马宝锋.基于GPS技术在大型土石方工程测量中的应用[J].建材发展导向，2011.
[3]原涛.浅谈GPS技术在工程测量中的应用[J].江西测绘，2013(4):53-55.
[4]安延云.浅谈GPS测量技术的应用[J].科技传播，2011(13).
关键词：GPS技术；土石方测量；应用
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
GPS测量技术是一门相对比较成熟的测量技术，被广泛应用于各种土方测量、地形测绘中。由于其技术要求高、数据处理过程繁杂，对室外和室外作业人员的素质都有较高的要求。因此研究其技术控制要点，对土石方测量的精准度具有重要的意义。
一、GPS技术概述
GPS又称为全球定位系统（GlobalPositioningSystemGPS），是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。
1、GPS系统的组成
GPS系统由3部分组成:空间部分、地面监控部分和用户接收设备部分。
1.1、空间部分。GPS卫星星座。GPS卫星星座由21颗工作卫星、3颗备用卫星组成,卫星均匀分布在6个地心轨道平面内,每个轨道4颗卫星,轨道倾角为55°。
1.2、地面监控部分。运行控制系统包括1个主控站、5个监测站和3个地面控制站。主控站位于科罗拉多斯普林斯的加州范登堡空军基地。主要负责从监测站收集数据,计算轨道和钟参数,结果送入控制站。5个监测站分别位于夏威夷、科罗拉多斯普林斯、阿松森岛(南大西洋)、迭戈加西亚岛(印度洋)和夸贾林环礁(北太平洋马绍尔群岛),负责对视见卫星监测采集数据。3个地面控制站分别位于阿松森岛、迭戈加西亚島和夸贾林环礁,负责向卫星上行发送信息。
1.3、用户接收设备部分。用户接收设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件及微处理机及其终端设备组成。接收GPS卫星发射的信号,获得必要的导航和定位信息,经数据处理完成导航、定位、跟踪、测绘和定时工作。
2、GPS定位原理
GPS定位技术主要采用伪距空间后方交会法或载波相位测量，地面接收站至少需要四颗以上卫星才能完成定位，这是因为所求定的结果中不但包括待定的点位X、Y、Z，还包括地面接收机的钟差参数，因为伪距是由卫星信号在大气中传播的时间和速度乘积求得，时间微小的变化就会给伪距带来不小的变动，卫星钟差可以采用数学模型进行修正，而地面接收机采用的是稳定性很差的石英钟，因此无法用数学模型修正，只能作为未知参数看待，卫星也就增加了一颗。这样GPS定位测量时待定参数就是四个，需要列立四个方程才能完成求解，也就对应有四颗以上卫星需要被锁定。
二、GPS技术在工程测量中的优点分析
1、定位精度高
GPS技术在作业时不受距离和环境的影响，在定位实时可以准确地定位运动目标的三维位置与速度。因此，其测绘精度要高于常规测绘，1min的快速定位法精度是±0.1m距离，不超过20min的相对定位精度可达±5mm，实时差分定位的精度可达厘米级。
2、观测时间短
由于GPS技术的观测站间不需要通视，降低了外部条件对技术的影响，直接导致了观测时间的减少和费用的降低，极大地提高了测绘的速度和工作的效率。运用GPS技术测量，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、自动化水平高
当前GPS技术的发展和进步，使GPS接收机向简单化、小型化和自动化的方向发展。观测人员通过自动观测，再对数据进行即时处理，就可以获得测点三维坐标。因此，获取的数据更加迅速、准确和便捷，水平也变得越来越高。
4、操作简便
随着GPS接收机的改进,GPS测量的自动化程度越来越高。在一个测站上,作业员只需安装并开关仪器、量取仪器高程和监视仪器的工作状态,而其他观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成,极大地减轻了测量人员的劳动强度。
5、节省人工
传统的工程测量工作，至少需要2人来完成，在大型土地测量中甚至需要多人来完成。而GPS测量中，只需要一个人就可以完成测量工作，并且效率和精确度更高。不论从工作完成情况还是人工费用节省方面，都有较大的优势。
三、GPS在土石方测量中的应用
重庆市永川区凤凰湖工业园李家嘴片区场平、河道改造及道路工程。该工程为平基土石方工程，地处农村区域，平场总面积约1300m*800m=1040000m²，经现场勘查，土石比例为风化岩、灰岩、角砾石、粉质粘土等，全段约280万m³石方爆破，工程量非常大。采用原始的全站仪测量方法难以保证数据的准确性，且测量和数据采集效率较慢，对施工和后期结算产生一定的影响。因此，就将GPS技术应用到土石方的测量施工中。
1、测量前的工作
1.1、测量方案的制定：根据测量面积、场地情况、高差坐落等客观条件，确定测量方案。主要包括点位的布置间距（如10m×10m）和方式（梅花状还是平直状）等。
1.2、测量的精度和点位数要求：根据测量的目的和使用功能不同，其测量深度要求也不一样。因此需明确测量的精度和点位数要求，进行有针对性的测量。
1.3、时限要求：建设工程一般都工期比较紧张，需要通过尽快的工程测量为后期的规划和整体场地布置提供依据，因此在前期，应该讲具体的时间要求进行明确，以便测量单位组织具体的测量方案和人员配置。
1.4、费用明确：根据场地地形地貌、周边环境、深度要求等不同，测量的费用是不一样的。在地质条件复的场地比平整开阔的场地费用要高很多，所以在测量之前应该结合具体情况来明确费用计算方式，以免后期出现纠纷。
1.5、测量相关资料的收集和整理：在工程测量之前，测量单位应该充分了解场地的水文地质条件、周边市政管网的布置、市政道路的建设、已有的原始坐标控制点和高程控制点等。以便指导测量方案的编制。
1.6、仪器设备的检查与检修：在测量之前，应该对相关仪器设备进行检查检修，保证其完整性。特别是设备的接收信号性能和数据显示功能，必须清晰准确，以免在测量中发生问题。
2、测量中的工作。
根据之前制定的测量方案，进行实地测量。点位布置必须按照预定间距来进行，如果由于各种外部原因无法测量的，可以变换位置或必要的时候可以增加点位，要求测量的每一个点位数值均应该进行有效记录，便于在后期工作中的数据处理。
3、测量后的工作。
3.1、数据传输：测量的结果会在仪器中储存。在全部点位测量完成后，应该将测量仪器与计算机进行连接，将数据传输到计算机中进行分析和处理。
3.2、分析和处理数据：测量完成后的数据分析是很关键的工作，因此有些数据可能由于传输的问题、信号的问题或设备自身的故障等因素，出现不完整或明显的错误。所以在处理数据的时候应该将这部分数据剔除出去，或进行适当的修正。必要情况下，需要重新补测，保证数据的可用和完整。
3.3、绘制成图：工程测量数据进行分析，绘制成所需要的工程测量成果，并通过软件计算出具体的土石方工程量。
结语
总之，随着现代高新科技的不断深化，GPS技术成为当前工程测绘过程中的重要方法。土石方测量是一个系统化的工作，土石方的精确测量对其成本控制具有重要的影响。因此，需要根据现场实际条件，制定针对性的方案，合理布置测设点位，完善方案制定、提高GPS技术水平和仪器精度，对不仅仅是土石方的测量工作都具有重要的现实意义。
参考文献
[1]潘冠军，刘凤平.GPS测量技术在工程测绘中的应用［J］.技术与市场,2012,（05）：147.
[2]马宝锋.基于GPS技术在大型土石方工程测量中的应用[J].建材发展导向，2011.
[3]原涛.浅谈GPS技术在工程测量中的应用[J].江西测绘，2013(4):53-55.
[4]安延云.浅谈GPS测量技术的应用[J].科技传播，2011(13).