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摘要：GPS测量技术具有测量时间短、技术含量高、精确度高等优点，在工程测量实践中发挥着越来越重要的作用，但同时GPS测量技术也同样存在着一些有待解决的问题。本文主要通过介绍GPS的系统组成、技术特点等基本情况，系统分析了GPS技术在工程测量中的应用情况，对GPS技术在工程测量应用中存在的问题与解决对策进行探究，并提出一些建议供参考。
关键词：全球定位系统；GPS测量技术；工程测量
GPS（GlobalPositionSystem，全球定位系统）是由接收装置和环球通讯卫星所组成的无线电导航定位系统，能够为用户提供精确的时间信息、导航与三维坐标。GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。随着数字化进程的不断加剧，全球定位系统的迅速发展，GPS技术已经成为了工程测量中不可或缺的重要技术，对工程测量有着深远的影响。
1、GPS系统概述
1.1、GPS系统组成
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。此外，测量用户还有卫星接收设备。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，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同时接收4～11颗GPS卫星发送出的信号。GPS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。1.2GPS测量的技术特点相对于常规的测量方法，GPS测量拥有诸多优势特点。
（1）测站之间无需通视：这一特点使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。（2）定位精度高：一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1×D，而红外仪标称精度为5mm+5×D，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。（3）观测时间短：采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。（4）提供三维坐标：GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。（5）操作简便：GPS测量的自动化程度较高。目前，GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。（6）全天候作业：GPS观测可在任何地点、时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。在中国GPS定位技术的应用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS技术。在石油勘探、高速公路、通信线路、地铁、隧道贯通、建筑变形等也已广泛的使用GPS技术。
2、GPS测量技术在工程测量中的应用
2.1、GPS定位技术应用
GPS定位技术在工程测量实践中的应用原理是把物理和几何学科的相关基本原理进行结合，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收装置排成一条基线，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。实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作工程测量的控制基站，安装地面连续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。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。但如果接收站附近有建筑物等遮挡物，会因为接收装置观测到的卫星数量变少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。
2.2、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，往往不能够进行实的考察和严密的预算，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500-100m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接受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，提高工作效率。其大致的作业步骤是安置天线、操作接收机、观测记录。在测量时应严格按照技术设计制定的观测计划进行观测。
2.3、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。
GPS虚拟现实技术所创建的测绘环境具有交互作用、逼真等特点可以有效的解决这一问题。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，建立科学工程测绘的流程，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，有效地增强测量方案的安全性、技术性和可操作性。
3、GPS测量技术应用中的问题与对策
3.1、测站点设置问题
在设置首级控制网时，测站点的选择发挥着非常重要的作用。GPS测站点应选择基站周围障碍物的高度角小于10°，视野开阔的地段。测站点周围不应当有GPS信号反射物，避免造成多路径误差。此外，测站点周围应当具有利于发播、传送差分改正信号的条件。选取测站点周围应当具有尽可能的开阔空间，在10°-15°高度角之内不能有成片的障碍物。测站点周围大约200m范围内不应当有强电磁波干扰源，如高压输电线、大功率无线电发射设施等，以免电磁波对GPS卫星信号的干扰。测站点不应当设置在对电磁波信号反射较为强烈的地物、地形上。
3.2、基准站定位问题
进行RTK放线时，如果已知点不适合基准站放置，就应当采取多点定位法（通常采用两个已知点定位法）将基准站设置在条件相对较好的测试区位置上。可以先快速测出流动站到两个已知点的WGS-84坐标，再根据后方交会原理对基准站的坐标进行测算，然后利用WGS-84和已知点的独立坐标求出相关参数。这样设置的基准站受到的电台发射电磁波干扰较小，基站的位置好，放样的精度也相对较高。
3.3、GPS网基准点选择问题
要把GPS定位成果应用到坐标体系中，GPS网就应当和既有的GPS点进行联测，并且联测的总点数应当大于3个。点的分布和误差直接影响着GPS网的测绘精度，较大的基准点误差将会以系统误差的形式体现在观测值的残差当中，导致GPS的定位结果发生扭曲变形。所以，GPS数据处理的关键环节是选取可用的GPS网基准点。目前，国内只建成了A、B两级高精度的GPS网，由于点位密度相对较小，一直未能推广使用。因此，在进行GPS观测时，应当将国家大地点当作坐标转换时的尺度、方向和位置基准的依据进行联测。必要时还应当对进行联测的大地点做有效的检核，尽量确保基准点的精度。
3.4、基线解算问题
通常在基线解算中存在以下问题。首先，基线的起点坐标不准确。可以采用精确度相对较高的点当作解算的起点；也可以将基线起点的坐标全部衍生于一个点，使得基线结果全都具有系统偏差，再用系统参数的方法处理GPS网平差。其次，GPS卫星观测时间较短。在基线解算时应当删除观测时间太短的某颗卫星观测数据，以保证基线解算结果的质量。第三，周跳太多。如果多颗卫星在同一时间段内常发生周跳，就可以采用删除该时段的方法改善解算结果的质量；如果某颗卫星经常发生周跳，可以删除该卫星的观测值，改善解算结果的质量。第四，严重的多路径效应。多路径效应会导致较大的观测值残差，可以删除严重多路径效应发生的时段数据或某颗卫星观测数据的方法。最后，电离层或对流层折射影响过大。可以采取删除易受电离层或对流层影响的低高度角观测数据，提高截至高度角；也可以采用模型对电离层或对流层延迟进行改正。
3.5、假值问题
只有在初始化成功后解的类型不是浮点解而是固定解，利用GPS仪器实施RTK测量才能够到达较高的精度。由于受到环境因素、处理软件等各个方面的影响，接收机的标准初始化程度容易导致平面位置出现偏差。可以采用以下方法防止假值的出现：第一，重新初始化后应当对两个已知点进行复测；第二，在观测前复测两个以上的已知点；第三，作业时观察高程值是否和实际相符合，是否有异常的高程值出现；第四，在进行室内处理时，应当对高程变化异常的点进行复查。
4、结语
综上所述，GPS测量技术不同于传统的测量技术，GPS测量技术能够显著地提高工程测量的效率和可靠性，降低测量作业的强度，将测量技术人员从实地测量工作中解放出来。然而应用GPS测量技术时也容易产生一些难以被察觉的错误，这就要求广大工程测量技术人员不断地探索和总结GPS技术在工程测量实践中的运用方法，充分发挥GPS技术的应用价值。
参考文献：
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