GPS测量在工程测量中的应用与发展

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GPS测量在工程测量中的应用与发展

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GPS测量技术在工程测量领域发挥着越来越重要的作用。本文详细介绍了GPS测量技术的基本原理、应用实例、特点及精度控制方法，并通过具体工程案例展示了其在实际测量工作中的应用效果。

GPS测量技术

全球导航卫星系统（GNSS）利用各卫星导航系统中的一个或多个卫星来进行导航定位，通过多个卫星与用户接收机的距离等数据进行定位。近年来，随着科技水平的发展，GPS测量技术的精确程度不断提高，应用范围也越来越广泛，受到许多行业和科技人员的欢迎。在工程测量中，利用GNSS静态观测来布设控制网已成为主要手段。

传统的导线测量主要依靠经纬仪、测距仪、全站仪等设备进行控制点的布测或复测工作。而随着GPS测量技术的发展，GNSS测距在长距离测量中的精度已经达到多数规范要求的精度，甚至在远距离测绘中，GNSS测距相较于电磁波测距拥有更好的精度。同时，使用GNSS测距还能节约全站仪同步对向观测所需的时间和人力，从而降低成本，提高效率。因此，GPS测量技术已成为未来测量相关行业发展的必要手段。

应用实例

控制测量

在高等级公路施工过程中，控制网复测及加密是测量工作的首要任务。如果使用传统的全站仪导线测量方法，不仅耗费时间与精力，而且在某些情况下难以实施。因此，GNSS静态控制测量的灵活性和高效性就显得尤为重要。

以某项目为例，该项目设计交桩的控制点共有93个，其中70%的相邻点位互不通视，被房屋与树木遮挡。如果使用传统测量方法，需要增加大量的辅助点位，每个点位测量需要20-30分钟，全部控制网复核将消耗大量时间和人力，增加成本。因此，该项目选择了通过GNSS静态观测进行控制测量。

该项目的平面控制网等级为四等。在室内提前做好观测计划，包括接收机数量、接收机设置、观测线路、控制网网型选择等。外业观测选用5台GNSS接收机，增加4个临时点（以获得更好的点位分布和更高精度的网型，提高各单点精度），分30个时段进行观测，分工好人员对应点位，设置好各项参数（静态模式、采样间隔10秒、卫星高度角15度）。

外业观测的具体流程包括：将接收机架设在控制点上，对中整平；量取记录天线相位高；等待指令开机与关机；填写完善外业记录簿中需要的信息（测站名、仪器编号、天线高、开始与结束时间）；关机后拆卸仪器与收拾工具。每个时段的外业观测大约需要1小时，剩下29个时段循环上述步骤，直至完成外业观测。

内业处理时，利用网页或数据线连接接收机导出数据到电脑中（仪器品牌与型号不同，导出数据方法不同），并使用专用软件处理原始数据。首先设置好参数并填写基础数据（外业记录簿中的信息），屏蔽原始数据中的无效观测值与冗余信息，其次解算基线，使同步环、异步环合格，最后平差出控制点坐标。

施工测量

在进行小型结构物放样时，参考以往施工经验，涉及结构物的测量放样都必须使用全站仪，使用该方法不仅增加人员与仪器设备，并且特别耗费时间。为了提升效率，本项目试着在小构施工中使用RTK技术来测量放样（表1）。

表1 测量放样单点位仪器使用对比

该项目位于长江三角洲平原，平原辽阔，水网密布是其显著特征，线路附近多为村庄、农田。由此小型结构物众多，其中圆管涵53道、箱形涵洞78道、箱形通道48道。

为了确认RTK技术放样是否满足生产及规范要求，在箱通基础浇筑后（墙身及翼墙位置有预埋钢筋），进行涵洞及一字墙轴线放样时，利用全站仪放样后，使用两台RTK技术分别对点位进行复核。其中A仪器放样点位偏差在1cm之内，B仪器点位偏差在10cm，在确认两台仪器均信号稳定，没有本身质量和测量精度问题后，将RTK技术对中杆高度调高后再进行放样，两台RTK技术放样点位与全站仪放样点位之差在1cm之内，满足生产及规范要求。

箱通基础浇筑后预埋钢筋高度较高，分布较密，会遮挡GPS信号，从而对测量精度产生影响，通过调整杆高，或轴线放样时，延长轴线距离解决。后者由于距离拉长，且沿一字墙方向横向偏差影响，轴向位置可能会出现偏差，精度稍低。

为确认RTK技术可进行该测量作业，本项目用6道小构的施工来验证，以全站仪放样为主，并使用RTK技术进行复核，均无问题产生，因此在后续箱通、箱涵施工过程中，使用RTK技术来测量，节约时间。

GPS测量特点及精度控制

优点

适用范围广泛。对点位要求较低，只需保证测区上空及周围没有高大建筑物、大型水域、高压电塔等影响电磁波传输的障碍物即可。
精度较高，数据稳定性较好，没有累积误差。与全站仪不同，全站仪在多次转站后，有误差的累积，转的越多，误差越大，而在适用RTK的条件下，其测量和放样精度基本可满足测量工作要求。
操作简单、便利、灵活，具有很高的作业效率。可在大多数环境下使用，并且伴随着现代科技水平的提高，RTK的功能和精度更加强大，相较于传统的全站仪设站，转站，RTK只需要一人即可进行工作，且测量、放样等操作非常方便、快速，减小了外业工作的强度，提高了工作效率。

缺点

受限于卫星个数，在工作时它需要接收5个及5个以上普通卫星且找到解决方案时才能获得各载波和与卫星各部的分波。目前的科技水平和卫星技术已保证在RTK的使用中精度达到厘米级，因此该问题在大多数环境下并没有产生。
受限于周围环境，市区高楼、高山密林、高压电塔、大型水域、基准站与移动站距离太远时，移动站与基准站失联，导致移动站得不到固定解。因此在这些情况RTK接收机不能使用。
温度太低时，天线电缆线变硬，影响测量质量，因此在作业中要注意保护。

精度控制

通过对RTK技术的学习研究与工作中的使用情况得知，RTK技术确定整周模糊度的可靠性最高为99.9%，RTK技术比静态观测多了产生误差的因素。在实际工作中发现，与GPS静态测量相比，RTK测量技术更容易出现问题，因此进行质量控制是必要的，使用精度较高且稳定的控制点，或是同精度等级的控制网中的点位来进行控制。

已知点校核比较法：即在使用静态观测进行控制网布设或复测时，额外增加点位进行同步观测或用全站仪进行导线测量来得到新增点的点位坐标，然后使用RTK技术对新增点的坐标测量，通过对测量结果的对比来检验该RTK测量质量，发现问题及时采取措施修正，该方法因其简单且具有有效的结果而被经常使用。
重测比较法：在工作前进行点校正后，先测量多个已知点或控制点，确认没有问题后再进行具体的测量工作。
双基站实时检测法：可在工作前在测区内进行，也可在单独场地进行。按照规范要求在合适的位置架设两个以上基准站，各基准站的频道不同。利用移动站分别接收各个基准站进行同一点位的测量，得到多种解算结果，比较这些结果即可判断RTK技术测量质量的高低。