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摘要：GPS 测量技术的出现和不断发展，极大地促进了测绘工作的进步。它不仅使测绘工作方式发生了根本性的变革，也大大提高了工程测绘的工作效率，同时也拓宽了工程测绘的服务范围。本文主要介绍GPS 测量技术在工程测绘中的应用及特点。
关键词：GPS测量技术、工程测绘、应用、特点
中图分类号： P283文献标识码： A
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。起初其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。经过20余年的研究实验，耗资数百亿美元，直至1994年3月，GPS卫星星座己布设完成（卫星数量24颗，全球覆盖率高达98%）。
GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，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。在较早采用GPS 技术的测量领域中，GPS最初主要用于高精度大地测量和控制测量建立。现在，它除了继续在上述领域发挥着重要作用外，还在测量领域的其它方面也得到充分的应用，如用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信息系统中地理数据的采集等。
随着测绘技术的快速发展，GPS测绘技术已被广泛应用于线形工程的方方面面，如道路勘测、水、电、气、油管路勘测等。过去按传统控制测量，线形工程控制测量的方法是建网观测，主要特点如下：一、工作量大、测繪时间长且效率低。二、在网形布设、观测方法、误差控制等方面也存在一定的缺陷。三、线路狭长和周围控制点少给测绘工作带来诸多不便。目前，利用GPS测绘技术较好地解决了线形工程中上述存在的问题。
1 GPS概述
1.1 GPS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。
如右图1所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式，从而得到该点在WGS- 84 坐标系的精确的三维坐标。
S1=[(X1-X)2+(Y1-Y)2+(Z1-Z)2]1/2+C(Vt1-Vt0)
S2=[(X2-X)2+(Y2-Y)2+(Z2-Z)2]1/2+C(Vt2-Vt0)
S3=[(X3-X)2+(Y3-Y)2+(Z3-Z)2]1/2+C(Vt3-Vt0)
S4=[(X4-X)2+(Y4-Y)2+(Z4-Z)2]1/2+C(Vt4-Vt0)
1.2 GPS 测量的特点
相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：
1.2.1测量精度高
GPS 观测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。
1.2.2 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。
1.2.3 观测时间短
随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。
1.2.4 仪器操作简便
目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作趋于智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高度及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
1.2.5 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。
1.2.6 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。
2 GPS线路控制网的布设
2.1布设特点
利用GPS技术分级建立线路控制网，线形工程长达数百千米，甚至上千千米。其布设特点如下：一、技术布网形式灵活，与国家高等级点联测时，其边长不受限制，点间又不要求通视。二、控制网呈狭长状布设，每个闭合环至少含一条数千米的长边，与相邻互相通视的短边点相连，形成混合网。三、其网图采用分级布网，具有较高的精度及可靠性，同时保证同级网点精度均匀。四、高等级控制网统一布设，为次级加密测距导线提供高等级的控制点。
2.2布设形式
2.2.1 线路控制网
线路控制网是由多个边连式、点连式基线形成的异步环构成的混合网。其规范规定，每个独立环或附合路线不超过6条边(C级平均边长10km～15km，D级5km～10km)，并与国家高等级点联测。
2.2.2 GPS线路导线
选点灵活，点位基础坚实稳定，便于安置仪器操作，便于布设通视方向，并能用常规方法扩展与联测。相邻点不必要求都通视，只要有1对相邻点通视即可。每条GPS基线向量连同高一级GPS网点的基线向量，构成异步环作以检核。线路过长时，若跨多个投影带，可在分带交界附近布设一对互相通视的GPS点与国家控制点相连，以使测区内投影长度变形不大于2.5cm/km，且GPS控制网与附近高等级平面控制网点联测点不应少于3个。当控制网边长过长时，宜增加联测点，并使联测点分布均匀且能控制本控制网。低等级线路测量自成系统，不与国家高等级点联测时，其布网方式更加灵活，作业仅需严格按调度计划，按规定时间进行同步观测即可。
3 GPS测量技术在工程测绘中的应用
3.1 测量精密工程
工程测量保函工程勘察设计、施工以及验收等内容，而且还涉及仪器设备的安装测量方面的工作。工程测量的范围比较广，GPS也被广泛应用于这些方面。由于GPS测量技术精度高、操作难度不大等特点，使得它除了被应用于工程测量以为，还在桥梁、隧道等诸多工程建设中，发挥着越来越重要的作用。
3.2 应用于城市建设中的测绘
由于城市建设的不断发展，城市中一些使用频率较高的控制网络容易遭受损坏，这将对到城市建成区和规划区的测绘工作造成影响，进而减缓工程测量的进度。所以必须采取方法快速精确的提供控制点，以便提高工作效率。在这种情况下，GPS测量技术中的实时动态差分法就可以满足工作的需求。它可以提供高精度的测量，数据采集时间短，并且不用人工在事后处理数据，还可以实时定位。这不仅满足了作业精度的要求，而且大大提高了工作效率，推动了城市建设中测绘工作的发展。
3.3 应用于工程变形监测方面
工程变形作为工程建设中一个比较常见的现象，包括人为因素造成的建筑物的变形、地壳的变形和建筑物的位移。GPS测量技术凭借其在三维定位方面的高精度测量优势，使其成为监测诸多工程变形极为有效的工具。工程建设的各类建筑物变形很多，包括建筑物的缺陷与变形、大坝的变形、海上建筑物的沉陷与变形、资源开采导致的地面下沉等。以大坝变形监测为例，水电站的大坝往往由于受到水负荷的重压而导致大坝的变形。为了尽可能避免大坝变形导致严重事故发生，对大坝进行监测由为重要。此时，采用GPS精密定位技术，就可以对大坝实现自动化监测，其变形监测的精度可达到1.0ppm～0.1ppm。在对大坝进行变形监测时，首先在远离大坝的位置选择一个合适点作为基准站，其次针对大坝的变形区域选择多个点进行监测。最后在每个基准站和监测点上分别安装GPS接收机，这样就可以实现连续的自动观测，并对观测得到的数据进行分析处理。
3.4 应用于虚拟现实技术方面
任何精密工作如果采用人工作业就都会存在一定的误差，传统工程测量也是如此，在测量部分，都需要人工作业，所以难以避免的发生一些安全事故。此时GPS虚拟现实技术应运而生。其创建的工程测绘环境既逼真，而且具有交互作用的特性。在对某些地形比较复杂的环境进行实地测绘时，可以采用其系统中的计算机绘图和虚拟现实技术实现快速有效的工程测绘，并且能够将全部的三维图像在电脑屏幕上进行显示。现在，GPS虚拟现实技术被广泛应用于我国部分矿井工程测绘。进行技术测量方案的演练，这样就可以及时发现测量方案中存在的问题和不足，以便对测量方案及时进行修缮，保证了工程测量方案的科学合理性。
4.结语
一、GPS 测量技术应用在工程测绘中，大大提高了工程测量的精密性、可靠性和工作效率。二、在操作过程中，GPS 测量技术有待于进一步完善。这就需要测绘人员对测绘过程和测绘结果进行认真总结，分析问题出现的方向，从而有选择地进行改进，只有这样，才能将 GPS 测量技术更好地融合在工程测绘之中，保证工程测绘的良性发展。
参考文献
[1]相祥．GPS在城市平面控制测量中的应用与精度分析[J].现代测绘，2010(1)
[2]高秀娟．GPS 测绘新技术与工程测量的内在联系[J].黑龙江科技信息．2010(36)
[3]姚冬青，李庆勇．GPS在矿山控制测量中的应用[J].山西建筑，2010(22)：363-364
关键词：GPS测量技术、工程测绘、应用、特点
中图分类号： P283文献标识码： A
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。起初其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。经过20余年的研究实验，耗资数百亿美元，直至1994年3月，GPS卫星星座己布设完成（卫星数量24颗，全球覆盖率高达98%）。
GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，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。在较早采用GPS 技术的测量领域中，GPS最初主要用于高精度大地测量和控制测量建立。现在，它除了继续在上述领域发挥着重要作用外，还在测量领域的其它方面也得到充分的应用，如用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信息系统中地理数据的采集等。
随着测绘技术的快速发展，GPS测绘技术已被广泛应用于线形工程的方方面面，如道路勘测、水、电、气、油管路勘测等。过去按传统控制测量，线形工程控制测量的方法是建网观测，主要特点如下：一、工作量大、测繪时间长且效率低。二、在网形布设、观测方法、误差控制等方面也存在一定的缺陷。三、线路狭长和周围控制点少给测绘工作带来诸多不便。目前，利用GPS测绘技术较好地解决了线形工程中上述存在的问题。
1 GPS概述
1.1 GPS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。
如右图1所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式，从而得到该点在WGS- 84 坐标系的精确的三维坐标。
S1=[(X1-X)2+(Y1-Y)2+(Z1-Z)2]1/2+C(Vt1-Vt0)
S2=[(X2-X)2+(Y2-Y)2+(Z2-Z)2]1/2+C(Vt2-Vt0)
S3=[(X3-X)2+(Y3-Y)2+(Z3-Z)2]1/2+C(Vt3-Vt0)
S4=[(X4-X)2+(Y4-Y)2+(Z4-Z)2]1/2+C(Vt4-Vt0)
1.2 GPS 测量的特点
相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：
1.2.1测量精度高
GPS 观测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。
1.2.2 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。
1.2.3 观测时间短
随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。
1.2.4 仪器操作简便
目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作趋于智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高度及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
1.2.5 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。
1.2.6 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。
2 GPS线路控制网的布设
2.1布设特点
利用GPS技术分级建立线路控制网，线形工程长达数百千米，甚至上千千米。其布设特点如下：一、技术布网形式灵活，与国家高等级点联测时，其边长不受限制，点间又不要求通视。二、控制网呈狭长状布设，每个闭合环至少含一条数千米的长边，与相邻互相通视的短边点相连，形成混合网。三、其网图采用分级布网，具有较高的精度及可靠性，同时保证同级网点精度均匀。四、高等级控制网统一布设，为次级加密测距导线提供高等级的控制点。
2.2布设形式
2.2.1 线路控制网
线路控制网是由多个边连式、点连式基线形成的异步环构成的混合网。其规范规定，每个独立环或附合路线不超过6条边(C级平均边长10km～15km，D级5km～10km)，并与国家高等级点联测。
2.2.2 GPS线路导线
选点灵活，点位基础坚实稳定，便于安置仪器操作，便于布设通视方向，并能用常规方法扩展与联测。相邻点不必要求都通视，只要有1对相邻点通视即可。每条GPS基线向量连同高一级GPS网点的基线向量，构成异步环作以检核。线路过长时，若跨多个投影带，可在分带交界附近布设一对互相通视的GPS点与国家控制点相连，以使测区内投影长度变形不大于2.5cm/km，且GPS控制网与附近高等级平面控制网点联测点不应少于3个。当控制网边长过长时，宜增加联测点，并使联测点分布均匀且能控制本控制网。低等级线路测量自成系统，不与国家高等级点联测时，其布网方式更加灵活，作业仅需严格按调度计划，按规定时间进行同步观测即可。
3 GPS测量技术在工程测绘中的应用
3.1 测量精密工程
工程测量保函工程勘察设计、施工以及验收等内容，而且还涉及仪器设备的安装测量方面的工作。工程测量的范围比较广，GPS也被广泛应用于这些方面。由于GPS测量技术精度高、操作难度不大等特点，使得它除了被应用于工程测量以为，还在桥梁、隧道等诸多工程建设中，发挥着越来越重要的作用。
3.2 应用于城市建设中的测绘
由于城市建设的不断发展，城市中一些使用频率较高的控制网络容易遭受损坏，这将对到城市建成区和规划区的测绘工作造成影响，进而减缓工程测量的进度。所以必须采取方法快速精确的提供控制点，以便提高工作效率。在这种情况下，GPS测量技术中的实时动态差分法就可以满足工作的需求。它可以提供高精度的测量，数据采集时间短，并且不用人工在事后处理数据，还可以实时定位。这不仅满足了作业精度的要求，而且大大提高了工作效率，推动了城市建设中测绘工作的发展。
3.3 应用于工程变形监测方面
工程变形作为工程建设中一个比较常见的现象，包括人为因素造成的建筑物的变形、地壳的变形和建筑物的位移。GPS测量技术凭借其在三维定位方面的高精度测量优势，使其成为监测诸多工程变形极为有效的工具。工程建设的各类建筑物变形很多，包括建筑物的缺陷与变形、大坝的变形、海上建筑物的沉陷与变形、资源开采导致的地面下沉等。以大坝变形监测为例，水电站的大坝往往由于受到水负荷的重压而导致大坝的变形。为了尽可能避免大坝变形导致严重事故发生，对大坝进行监测由为重要。此时，采用GPS精密定位技术，就可以对大坝实现自动化监测，其变形监测的精度可达到1.0ppm～0.1ppm。在对大坝进行变形监测时，首先在远离大坝的位置选择一个合适点作为基准站，其次针对大坝的变形区域选择多个点进行监测。最后在每个基准站和监测点上分别安装GPS接收机，这样就可以实现连续的自动观测，并对观测得到的数据进行分析处理。
3.4 应用于虚拟现实技术方面
任何精密工作如果采用人工作业就都会存在一定的误差，传统工程测量也是如此，在测量部分，都需要人工作业，所以难以避免的发生一些安全事故。此时GPS虚拟现实技术应运而生。其创建的工程测绘环境既逼真，而且具有交互作用的特性。在对某些地形比较复杂的环境进行实地测绘时，可以采用其系统中的计算机绘图和虚拟现实技术实现快速有效的工程测绘，并且能够将全部的三维图像在电脑屏幕上进行显示。现在，GPS虚拟现实技术被广泛应用于我国部分矿井工程测绘。进行技术测量方案的演练，这样就可以及时发现测量方案中存在的问题和不足，以便对测量方案及时进行修缮，保证了工程测量方案的科学合理性。
4.结语
一、GPS 测量技术应用在工程测绘中，大大提高了工程测量的精密性、可靠性和工作效率。二、在操作过程中，GPS 测量技术有待于进一步完善。这就需要测绘人员对测绘过程和测绘结果进行认真总结，分析问题出现的方向，从而有选择地进行改进，只有这样，才能将 GPS 测量技术更好地融合在工程测绘之中，保证工程测绘的良性发展。
参考文献
[1]相祥．GPS在城市平面控制测量中的应用与精度分析[J].现代测绘，2010(1)
[2]高秀娟．GPS 测绘新技术与工程测量的内在联系[J].黑龙江科技信息．2010(36)
[3]姚冬青，李庆勇．GPS在矿山控制测量中的应用[J].山西建筑，2010(22)：363-364