工程测量论文GPS技术应用论文

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工程测量论文GPS技术应用论文

【摘要】 GPS 技术具有精度高、速度快、不受气候条件及通视条件的限制等优点,另外,GPS 接收机具有自动观测的特点,这为实现大型工程建筑物变形监测的自动化奠定了基础。随着GPS技术的迅速发展和应用,给目前测量手段带来了日新月异的变化,也给工程测量带来许多方便,这种方法也能够节约大量人力、物力、时间及成本。因此,GPS 技术已经发展成为多领域、多模式、多用途的国际性高新技术产业。

自上世纪80 年代GPS 定位技术出现以来,在工程测量过程中的测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正逐步被高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替。本文将以多年的工程测量实际工作经验为基础,结合现代工程测量技术的发展水平,对GPS测量技术的基本原理、技术优点以及实际应用展开论述,希望以此为同行业人员的日常测绘工作有所借鉴。

1.GPS测量的基本原理

在GPS 定位中,如果在某个位置架设GPS 接收机,其会同时接收至少3颗GPS卫星所发射的信号和导航电文,导航电文中含有卫星的位置信息,再根据后方交会原理,测得卫星到测站点的几何距离,确定出测站点的三维坐标,进而显示出测站的位置。GPS卫星是高速运动的卫星,其坐标值随时间在快速的变化,根据其运动状态,可以将GPS 定位分为静态定位和动态定位。而根据对GPS 信号的不同观测量,可分为伪距定位和载波相位测量两种定位法。前者是利用GPS 卫星的伪噪声编码信号,测定接收机到GPS 卫星的距离,而后者是通过测量载波相位,求得接收机到GPS卫星的距离。

2.GPS定位技术的优点

2.1 自动化程度高

采用GPS 接收机测量时,仅需一人将天线安置于测站上,量测天线高并接通电源,在启动接收单元后,仪器即自动开始工作。在结束测量时,只需关闭电源即可。若需要长时间且连续测量,则还可实行无人值守的数据采集,再通过数据传输,将所采集的定位数据传输到数据处理中心,完全实现自动化。

2.2 定位精度高

GPS定位短距离的精度可达毫米级,中、长距离的相对精度可达到10- 7 至10- 8。差分导航的精度可达米级至厘米级。大型建筑物、构筑物变形监测,在采用特殊的观测措施、精密星历和适当的数据处理模型和软件后,平面精度可达亚毫米级,高程精度可稳定在1毫米左右。

2.3 全天候实时定位

GPS 定位技术,不受天气的影响,可以全天候地工作。这一特点保证了变形监测的连续性和自动化。

2.4 具备三维坐标

在GPS 技术测量的同时,能精准确定测站点的三维坐标,其高度精确度完全可以满足现代化工程的

测量要求。 3.GPS在工程测量中的应用

3.1 建立工程控制网

在大型工程建设的过程中,控制网的面积大,要求的精度高,而且测量数据随着工程的进度在不断变化,需要高频率的测量。传统测量的定位点通常是位于地面的,随着工程的建设,这些点中大部分会被不断破坏,测量的进度也就被破坏了。而且,导线测量的方式要求点与点之间通视,且需要分段实施,才能避免误差积累过大。因此浪费时间也浪费精力,同时还存在着测量精度不均匀的问题。

应用GPS 技术建立控制网,通常采用载波相位静态差分技术(RTK),点与点之间不需要通视,可以敷设很长的GPS 点构成三角锁,以保持长距离线路坐标控制的一致性。GPS技术的实时动态差分法,可以实时掌握测量数据和测量精度,在达到精度要求后,就可以停止测量了,不需要再计算出数据。当发现未达到标准精度要求需要返工时,可实时地判定解算结果是否成功,以减少冗余观测,缩短观测时间,节省开销。

3.2 RTK 的碎部测量与放样

RTK 系统由两部分组成,即基准站和移动站。其本原理是将基准站采集的载波相位发送给用户,用户根据基准站的差分信息,进行求差解算用户的位置坐标。RTK 技术可以应用于测绘地形图、地籍图、测绘房地产的界址点、平面位置的施工放样等。采用RTK 技术测图时仅需一人进行,首先将GPS 接收机放在待定的特征点上,并输入该特征点的编码即可。在测定一个区域内的地形、地物特征点后,将信息传入计算机,由专业成图软件自动生成所需的成果图。在施工放样、标定界标点时,常规的测量方法需要后视方向、用解析法标定,而采用RIK 技术,则可直接标定坐标,简捷易行。

3.3 区域差分网下的碎部测量与放样

区域性GPS 差分系统下的碎部测量、放样,是基于区域GPS 差分网进行的。区域差与RTK 单基点载波相位差分的原理相似,不同的是区域差分的基准站通常多于1 个。多基准站组成基准网,基准网提供各个基准站的差分信息,用户接收机根据自己的位置,确定各基准站差分信息的权,按非等权平差后形成自己的差分改正数,实现差分定位。

3.4 GPS 变形监测

变形监测主要是监测高层大楼、大桥、水库大坝等建筑物或构筑物的地基沉降、位移、倾斜等状况。常规的监测技术是应用水准测量的方法,监测地基的沉降。应用三角测量或角度交会的方法,监测地基的位移和整体的倾斜。由于被监测物体通常都是几何尺寸较大、监测环境复杂、监测技术要求较高等特点,所以,观测的时间较长、劳动强度大且难以实现自动化监测。而采用GPS 定位技术,则可实现可全天候工作、定位精度高且不需要通视。利用GPS 进行水平位移观测时,可获得小于2mm位移矢量,高程的测量误差也低于10mm误差。

国内的一个具有代表意义的工程实例,是湖北省长阳土家族自治县境内的隔河岩大坝。其坝顶弧线全长653m,于1997年底至1998年初安装、调试并运行,并成功安装GPS自动监测系统。该系统设有两个基准点,采取了适当的提高精度的措施,如系统设置、数据处理等。监测点在水平方向的测量精度为0.5 ~1.0mm,高程方向的测量精度为1.0~1.5mm。经实验及运行实践结果表明,该系统自动化程度高、数据可靠、监测精度高。这一监测工程的成功范例,标志着我国大型建筑物或构筑物采用GPS 自动监测系统时代的开始。此外,在不久的将来,价格低廉、多天线、操作更为便捷的GPS 变形监测系统也会不断被研发出来,并应用到工程测量中。其研发宗旨是采用一个特制天线转制开关来实现多个GPS天线与一台接收机相连接,接收机再按照预先设置的程序,分时扫描每一台天线并实现GPS卫星的跟踪,再通过多天线识别与分离模块处理软件来完成数据处理。

4.结束语

GPS 技术具有精度高、速度快、不受气候条件及通视条件的限制等优点,另外,GPS 接收机具有自动观测的特点,这为实现大型工程建筑物变形监测的自动化奠定了基础。随着GPS技术的迅速发展和应用,给目前测量手段带来了日新月异的变化,也给工程测量带来许多方便,这种方法也能够节约大量人力、物力、时间及成本。因此,GPS

技术已经发展成为多领域、多模式、多用途的国际性高新技术产业。

参考文献:

[1]王青松.浅谈GPS 在工程测量中的应用[J].科技咨询导报,2006(20) .

[2]汪建林.姚焕炯.张晓盛等.GPS 测量技术在工程测绘中的应用[J].中国新技术新产品,2010(17).