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摘 要：GPS测量技术在工程测绘中应用,不仅能够提高工程测绘的精确度和可靠性,而且对提高工作效率,降低工作强度,对提高工程测绘的自动化程度具有重要的作用,所以成为工程测绘中重要的工具。本文主要探讨GPS测量技术在工程测绘中的应用。
关键词：GPS测量技术 工程测绘 定位
中图分类号：P258 文献标识码：A
GPS系统的全称为卫星测时导航或全球定位系统，它是以卫星为基础的无线电导航定位系统.整个系统由空间GPS卫星星座、地面监控系统以及用户设备GPS接收机三大部分组成。GPS系统广泛应用于各种运载工具的导航以及高精度的大地测量、精密工程测量等诸多领域。
1、GPS 系统的组成：
GPS 全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
1.1空间卫星群。GPS 的空间卫星群由 24 颗高约 20 万公里的 GPS卫星群组成，并均匀分布在6 个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11 小时58 分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4 到 11 颗GPS 卫星发送出的信号。
1.2 GPS 的地面控制系统。 GPS 的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS 的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS 地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。
1.3PS 的用户部分由 GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS 卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
2 GPS测量技术
2.1 技术自动化和智能化
GPS测量技术工程操作应用的过程中，其自动化程度是非常高的，操作非常简便，操作者只需要进行采集气象数据、安装开关仪器以及量取仪器高度并监测仪器的工作状态即可。比如在工程中的跟蹤观测、卫星的捕获以及记录等工作都有GPS系统中设备自动实现。在观测结束后，操作人员只需关闭电源，收好接机就算完成数据采集工作。由此可见GPS测量技术在工程测绘中应用不仅提高工作效率，精度高，而且对提高工程测绘的自动化程度具有重要的作用。
2.2 实时动态定位测量技术
实时动态（Real Time Kinematics简称RTK）定位测量技术，也称载波相位差分技术。是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。该项技术的基本原理是在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线传输设备，实时地发送给用户观测站。在流动站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时，通过无线传输接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。
GPS技术静态定位精度可以达到mm级别，动态定位可以达到cm级别、所可以达到的定位精度相对于其他的测量技术可见图1
3 GPS测量技术在工程测绘中的应用
工程测绘的工作内容较为复杂，而且对于精确性、技术性的要求也相对较高。与传统的测绘方法相比，GPS测量技术具有定位速度快、成本低、不受天气影响、点间无需通视、不用建标等许多优点，而且仪器及设备小巧轻便，操作简单便捷。实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候的全球性无线电定位系统。GPS测量技术在工程测绘中已经发展成为一个多领域、多模式、多用途的高新技术类型。
3.1 GPS沉桩定位系统
采用我公司研制的“GPS打桩定位系统”。该系统采用GPS-RTK模式、免棱镜测距仪、测倾仪、锤击计数器等先进的定位和传感设备，能直接可靠地确定桩身位置和桩顶标高，所有的定位数据以图像和数字形式显示在打桩船操作室的电脑的屏幕上，能准确地反映出施打桩的设计桩中坐标、桩顶标高、平面扭角、倾斜坡度和当前施打桩的实时位置的桩中坐标偏差、桩顶标高偏差、平面扭角偏差、实时倾斜坡度、实时贯入度等。便于操作人员进行对照比较，调整船体，准确定位。根据我公司在杭州湾跨海大桥工程、东海大桥工程、洋山港港区码头工程中的实际应用效果，证明该系统的定位精度能够满足《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）要求。实时动态定位方式进行地籍碎部测量具有非常明显的优势：一是采点速度快，在保持卫星连续跟踪的情况下，一般单点测量仅需几秒钟，与全站仪相当。但是在以基准站为中心方圆20 km内，既不需要变换基准站，也不需要图根控制点，更不需要定向，这就减少了全站仪频繁换站所花费的时间，且可以使多个流动站同时工作，而互不影响。通过实践比较，在相同的时间内，1台流动站大约是1台全站仪工作效率的1.5倍。
3.2 监测工程变形中 GPS 的应用
在工程建设的过程中,工程变形主要由于人为造成地壳或者建筑物变形,或者建筑物位移等原因,GPS测量技术因其三维定位精度高,所以成为监测工程变形的重要的工具。在工程建设的过程中,我们经常遇到各式各样的变形:建筑物沉陷、资源开采地面沉降、大坝变形等,比如在监测工程变形时将GPS测量技术应用在大坝变形中,由于大坝受到水负荷的重压,并且随着时间的变化,就会造成大坝的变形,为了能够及时控制大坝的变形造成意外,所以我们必须加强对大坝进行监测,如果在监测的过程中采用GPS测量技术,可以很快的监测以及收集到大坝变形的数据,并且测量的数据能够精确到1.0PPm到0.1PPm,不仅能够保证工程测量的准确性和安全性,而且对提高大坝测量工程的自动化技术具有重要的作用。
3.3水下地形测绘中 GPS 的应用
在海港的建设、海岸以及码头的施工设计、海洋资源的开发等工程中都需要采用水下地形图。在进行测绘水下地形图时首先应该进行测量平面位置的三维测定以及水深。在传统的测绘工程中水深的测量主要采用测深仪,在测量时,主要根据超声波测量水深的原理进行测量。在对水深测量的同时还采用潮位仪对潮位进行测量,这样能够使水深的测量值得以改正,最后测量出水下地形的高度。而对于平面位置的测量主要采用经外测距仪、经纬仪以及三应答器等设备进行测量。这些设备操作复杂、条件要求高,在使用时极不方便,随着GPS测量技术的应用,不仅能够解决平面位置的测量的问题,而且采用差分GPS定位系统能够对大比例尺下水下地形测绘。
在水下地形测绘的工程中,通过将测深仪、差分GPS接收机以及潮位仪并与终端设备相连接从而构成了完整的水下测绘系统。如下图1所示:
图中的DGPS接收机主要接收GPS卫星信号以及差分基站的信号,并采用基台校正数据进行修正测量船蹬S的误差。比如在船行驶之前,首先在计算中输入测量阶段的起始坐标,在测量的过程中采用DGPS接收机将测量的坐标值输入到计算机系统中,然后进行坐标之间转换以及参数的计算,并且系统中的显示屏能够实时显示航行的路线以及导航的参数,如定位时间、定位序号以及基线方向角、偏离航线的距离、测量起点和终点的距离等参数。在测量中,测量工作者能够根据导航监视器进行修正航向,在测量、定位时,计算机系统能够自动进行记录,并保存在硬盘或者软盘中。
结束语
在人类活动中，只要有工程建设，就必然会存在工程测量，测绘技术无处不在，无时不用，现代工程将慢慢进入数字智能化。它的发展前景是广阔的，地位是举足轻重的，技术是高端前沿的，作用是巨大的，与科学是完全融合的。因此应大力开展GPS测绘技术建设，无论对工业工程还是企业，都会有利无害，这种技术能够增加企业的效益以及测绘单位的竞争实力，大量提倡这种技术的应用是我们应该做的事。
参考文献
[1] 刘树良 .GPS测量技术在工程测绘中的应用[J]．商品与质量·建筑与发展,2011( 2 ) : 1 3 - 1 7 .
[2] 何铭杰 .GPS测量技术在工程测绘中的应用及特点[J]．科技风,2010(4):212-2 1 4 .
[3] 常文智 ,韩小波 .GPS测量技术在工程测绘中的应用[J]．商品与质量:建筑与发 展 ,2011(10):117-127.
关键词：GPS测量技术 工程测绘 定位
中图分类号：P258 文献标识码：A
GPS系统的全称为卫星测时导航或全球定位系统，它是以卫星为基础的无线电导航定位系统.整个系统由空间GPS卫星星座、地面监控系统以及用户设备GPS接收机三大部分组成。GPS系统广泛应用于各种运载工具的导航以及高精度的大地测量、精密工程测量等诸多领域。
1、GPS 系统的组成：
GPS 全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
1.1空间卫星群。GPS 的空间卫星群由 24 颗高约 20 万公里的 GPS卫星群组成，并均匀分布在6 个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11 小时58 分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4 到 11 颗GPS 卫星发送出的信号。
1.2 GPS 的地面控制系统。 GPS 的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS 的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS 地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。
1.3PS 的用户部分由 GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS 卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
2 GPS测量技术
2.1 技术自动化和智能化
GPS测量技术工程操作应用的过程中，其自动化程度是非常高的，操作非常简便，操作者只需要进行采集气象数据、安装开关仪器以及量取仪器高度并监测仪器的工作状态即可。比如在工程中的跟蹤观测、卫星的捕获以及记录等工作都有GPS系统中设备自动实现。在观测结束后，操作人员只需关闭电源，收好接机就算完成数据采集工作。由此可见GPS测量技术在工程测绘中应用不仅提高工作效率，精度高，而且对提高工程测绘的自动化程度具有重要的作用。
2.2 实时动态定位测量技术
实时动态（Real Time Kinematics简称RTK）定位测量技术，也称载波相位差分技术。是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。该项技术的基本原理是在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线传输设备，实时地发送给用户观测站。在流动站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时，通过无线传输接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。
GPS技术静态定位精度可以达到mm级别，动态定位可以达到cm级别、所可以达到的定位精度相对于其他的测量技术可见图1
3 GPS测量技术在工程测绘中的应用
工程测绘的工作内容较为复杂，而且对于精确性、技术性的要求也相对较高。与传统的测绘方法相比，GPS测量技术具有定位速度快、成本低、不受天气影响、点间无需通视、不用建标等许多优点，而且仪器及设备小巧轻便，操作简单便捷。实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候的全球性无线电定位系统。GPS测量技术在工程测绘中已经发展成为一个多领域、多模式、多用途的高新技术类型。
3.1 GPS沉桩定位系统
采用我公司研制的“GPS打桩定位系统”。该系统采用GPS-RTK模式、免棱镜测距仪、测倾仪、锤击计数器等先进的定位和传感设备，能直接可靠地确定桩身位置和桩顶标高，所有的定位数据以图像和数字形式显示在打桩船操作室的电脑的屏幕上，能准确地反映出施打桩的设计桩中坐标、桩顶标高、平面扭角、倾斜坡度和当前施打桩的实时位置的桩中坐标偏差、桩顶标高偏差、平面扭角偏差、实时倾斜坡度、实时贯入度等。便于操作人员进行对照比较，调整船体，准确定位。根据我公司在杭州湾跨海大桥工程、东海大桥工程、洋山港港区码头工程中的实际应用效果，证明该系统的定位精度能够满足《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）要求。实时动态定位方式进行地籍碎部测量具有非常明显的优势：一是采点速度快，在保持卫星连续跟踪的情况下，一般单点测量仅需几秒钟，与全站仪相当。但是在以基准站为中心方圆20 km内，既不需要变换基准站，也不需要图根控制点，更不需要定向，这就减少了全站仪频繁换站所花费的时间，且可以使多个流动站同时工作，而互不影响。通过实践比较，在相同的时间内，1台流动站大约是1台全站仪工作效率的1.5倍。
3.2 监测工程变形中 GPS 的应用
在工程建设的过程中,工程变形主要由于人为造成地壳或者建筑物变形,或者建筑物位移等原因,GPS测量技术因其三维定位精度高,所以成为监测工程变形的重要的工具。在工程建设的过程中,我们经常遇到各式各样的变形:建筑物沉陷、资源开采地面沉降、大坝变形等,比如在监测工程变形时将GPS测量技术应用在大坝变形中,由于大坝受到水负荷的重压,并且随着时间的变化,就会造成大坝的变形,为了能够及时控制大坝的变形造成意外,所以我们必须加强对大坝进行监测,如果在监测的过程中采用GPS测量技术,可以很快的监测以及收集到大坝变形的数据,并且测量的数据能够精确到1.0PPm到0.1PPm,不仅能够保证工程测量的准确性和安全性,而且对提高大坝测量工程的自动化技术具有重要的作用。
3.3水下地形测绘中 GPS 的应用
在海港的建设、海岸以及码头的施工设计、海洋资源的开发等工程中都需要采用水下地形图。在进行测绘水下地形图时首先应该进行测量平面位置的三维测定以及水深。在传统的测绘工程中水深的测量主要采用测深仪,在测量时,主要根据超声波测量水深的原理进行测量。在对水深测量的同时还采用潮位仪对潮位进行测量,这样能够使水深的测量值得以改正,最后测量出水下地形的高度。而对于平面位置的测量主要采用经外测距仪、经纬仪以及三应答器等设备进行测量。这些设备操作复杂、条件要求高,在使用时极不方便,随着GPS测量技术的应用,不仅能够解决平面位置的测量的问题,而且采用差分GPS定位系统能够对大比例尺下水下地形测绘。
在水下地形测绘的工程中,通过将测深仪、差分GPS接收机以及潮位仪并与终端设备相连接从而构成了完整的水下测绘系统。如下图1所示:
图中的DGPS接收机主要接收GPS卫星信号以及差分基站的信号,并采用基台校正数据进行修正测量船蹬S的误差。比如在船行驶之前,首先在计算中输入测量阶段的起始坐标,在测量的过程中采用DGPS接收机将测量的坐标值输入到计算机系统中,然后进行坐标之间转换以及参数的计算,并且系统中的显示屏能够实时显示航行的路线以及导航的参数,如定位时间、定位序号以及基线方向角、偏离航线的距离、测量起点和终点的距离等参数。在测量中,测量工作者能够根据导航监视器进行修正航向,在测量、定位时,计算机系统能够自动进行记录,并保存在硬盘或者软盘中。
结束语
在人类活动中，只要有工程建设，就必然会存在工程测量，测绘技术无处不在，无时不用，现代工程将慢慢进入数字智能化。它的发展前景是广阔的，地位是举足轻重的，技术是高端前沿的，作用是巨大的，与科学是完全融合的。因此应大力开展GPS测绘技术建设，无论对工业工程还是企业，都会有利无害，这种技术能够增加企业的效益以及测绘单位的竞争实力，大量提倡这种技术的应用是我们应该做的事。
参考文献
[1] 刘树良 .GPS测量技术在工程测绘中的应用[J]．商品与质量·建筑与发展,2011( 2 ) : 1 3 - 1 7 .
[2] 何铭杰 .GPS测量技术在工程测绘中的应用及特点[J]．科技风,2010(4):212-2 1 4 .
[3] 常文智 ,韩小波 .GPS测量技术在工程测绘中的应用[J]．商品与质量:建筑与发 展 ,2011(10):117-127.