GPS在工程测量实践中的问题与分析

　　摘要：文中结合目前GPS技术在工程测量中的各项应用，分析了GPS测量技术在工程测量中较为常见的一些问题，并以此提出了相应可行的技术方法。
　　关键词：GPS；工程测量；定位系统
　　通常使用的工程测量仪器包括：经纬仪、水准仪、全站仪、GPS接收机等。目前，经纬仪正逐步被淘汰，这种具有单一功能的测距仪将愈来愈少；由于常规水准仪具有价格低、精度可靠的优点，因此常规水准仪将在一个较长的时间内被采用；全站仪的数字化、自动化程度高，可以同时完成测距仪、经纬仪的工作，而且还可以完成水准仪的部分工作，但全站仪仍然摆脱不了对于工程控制的依赖，在未来的“数字城市”环境下，将很难直接融人社会的技术环境。应用GPS（GlobalPositioningSytem）卫星定位技术进行定位和导航，具有自动化程度高、定位精度高以及全天候观测等优点，对于测绘行业而言，GPS定位技术已普遍应用于：大地测量、地壳板块运动监测、建立各种工程控制网、监测网和进行各种工程测量等。特别是在“数字城市”的环境下，城市具有区域差分网，在差分基站的支持下，单台GPS接收机可以方便地进行碎部测量和放样，因而鼓舞了GPS应用领域的扩展。然而与大地测量相比，工程测量具有施测范围小、边长短、点位受限、点位不均匀等特点。因此通过对工程测量实践中的相关问题进行分析研究，有助于GPS更合理更有效的在工程测量中应用。
　　一、 GPS技术在工程测量中的应用
　　（一） GPS定位技术的应用
　　工程测量时间中GPS定位技术的应用原理就是把几何科学和物理将其基本原理进行结合，通过GPS系统的地面接收装置和空间卫星对测量对象进行多角度定位。目前，工程测量实践中所应用的GPS定位技术主要有：实时动态相对定位和静态相对定位。静态相对定位是由多台地面接受装置排成一条基线，对目标对象进行同步观测，观测时间可达45分钟左右，最后由专业的技术人员对测量结果进行统计与处理。静态相对定位具有操作流程相对简单的优点。定时动态相对定位根据载波相对观测量，选取较为精确的控制点位当工程测量的控制的控制基站，安装地面连接接收装置对不同角度传送的实时动态信息进行连续的观测。通常，一个GPS接收机要进行准确的三维定位就必须同时接受四颗或四颗以上的卫星信号。如果将定位精度设在厘米级，就需要接收五颗以上的卫星。一般GPS系统拥有24颗环绕地球运动的卫星，在10°以上的水平角观测点能够接收到七颗卫星信号。但是，如果接收站附近有建筑物、山等遮挡物，接受装置观测到的卫星数量就会变少，从而导致接收机难以定位。因此，在必要时GPS定位技术可以和惯性导航技术相结合以发挥更好的测量效果。
　　（二） 施工水准点的测定
　　设计单位采用传统的测量技术进行工程水准测量时，往往没有能够进行实地考察和严密的预算，从而导致得到的水准点距离普遍较大。通常设计单位会给出距离在50-100m之间的水准点，由于水准点的距离过大而导致施工不便。利用GPS接收机收集卫星信号来测量和确定临时的水准点能够协调好工程观测的进程，确保工程测量结果的精度，从而提高工作效率。其大致的作业步骤是是安置天线、操作接收机、观测记录。在测量时应当严格按照技术设计制定的观测计划进行观测。例如，大型公路项目中的实地测量就可以采用GPS测量技术，通过对卫星同步图片的观察，全面地分析路基高度，再根据实际地形地貌沿着公路线每隔２００m左右补充设置一个施工临时水准点。临时水准点可以设置在附近的机井台、房基等比较坚固的地方，埋设时应当对每个加密的临时水准点位置进行详细记录。
　　（三）虚拟现实技术应用
　　传统的工程测量工作需要测量人员进行实地测量，在地质条件恶劣的地区测量时容易发生安全事故。利用GPS虚拟现实技术对地质条件相对复杂的地区进行测绘可以有效解决这一问题。GPS虚拟现实技术所创建的测绘环境具有交互作用、逼真等特点。利用GPS系统中的虚拟现实技术和计算机绘图技术能够有效、快速地在计算机描绘出清晰的三维图像，建立科学的工程测绘流程，能够准确指出重点的测量项目和应当注意的安全事项。工程测绘进行合理的模拟流程分析能够有效地解决工程测绘中传统测绘技术应用效率不高的问题，能够有效地增强测量方案的安全性、技术性和可操作性。
　　二、GPS在工程测量实践中的若干问题分析
　　（一）选点问题
　　布设首级控制网时，选点是非常重要的，测绘点应满足视野开阔，周围无高度角超过10°的障碍物，以保证GPS观测能够顺利进行；周围无GPS信号反射物，从而减少多路径的误差；能够方便发播传送差分改正信号等条件。因此在选取得点位上空应尽可能的开阔，在10°～15°高度角以上不能有成片的障碍物。为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施，高压输电线等。为避免或减少多路径效应的发生，选择的测站应远离对电磁波信号发射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。
　　（二）基准点位置选择问题
　　在PTK放线时，如果已知点不适合放置基准站，可以采用多点定位的方法，一般采用两个已知点定位。把近准站安置在测区内条件比较好的位置上，流动站到两个已知点上快速测出两个点的WGS-84坐标，通过后方交会的原理，计算出基准站的坐标。在通过已知点的独立坐标和WGS-84求出7参数。通过定向后，就可以放样公路的边线，这时基准站的位置好，电台发射的电磁波受到的干扰小，放样的精度比较高。
　　（三）困难点的放样问题
　　在PTK放样时，有些放样点在树下，这时GPS流动站呈现浮点解，不能够进行放样工作。在这种情况下，可以在附近选择一点，使流动站呈现固定解且在左右方向上不需要再移动，这时就可以利用钢尺量出前进或后退的距离，把点放样到正确的位置上。
　　（四）假值问题
　　在用GPS仪器进行PTK测量时，要求必须初始化成功后，即解的类型为固定解（Fixed），而不是浮点解（Floated），才能进行测量，这时精度能达到厘米级。虽然很多接收机的标准初始化可靠性达99.9%或以上，但由于受卫星、接受时间、环境因素、处理软件等各方面影响，有时在固定解的情况下进行放样，但平面位置却相差20cm。这是由于初始化丢失以后，又重新初始化成功以后测量的数据，容易发生这种情况。防止假值的办法有：（1）每日作业前，复测两个以上已知点；（2）初始化丢失后，重新初始化后要复测两个已知点；（3）作业时注意高程值，看是否与实际相符，有无异常高程值，因为出现假值时，高程变化较大；（4）室内处理时，注意高程变化异常的点，第二天去复查这些点。
　　
　　参考文献：
　　[1]张正耀.工程测量学.武汉大学出版杜.2002.
　　[2]徐绍铨．张华海，杨志强．王泽民.GPS洲量原理及应用.武汉大学出版社.2003.
　　[3]刘舜.GPS技术在工程测量应用中若干问题的探讨[J].中国科技信息,2009(20):62-63.