GPS测绘技术在线形工程测量中的应用

第一篇：GPS测绘技术在线形工程测量中的应用

GPS测绘技术在线形工程测量中的应用

摘要：在线形工程测量中，应用GPS测绘技术不但精度有保证，而且方便、快捷，节省人力物力，本文在诉述GPS测绘技术在线形工程测量应用中GPS控制网的布设、外业测、内业差处理的同时，也阐述了各过程易出现的问题及处理方法。

关键词：GPS；长线测量；测绘

随着测绘技术的发展，GPS测绘技术已广泛应用于线形工程的方方面面，如道路、管线、长距离输水、电、气、油管路勘测等，以前按传统的控制测量、工程测量控制方法建网观测，工作量大、测绘时间长、效率低，同时在网形布设、观测方法、误差控制等方面都存在一定的问题，再加上线路狭长，周围控制点少，给测绘工作带来不便。线形工程中利用GPS测绘技术较好地解决了上述问题。1 GPS线路控制网的布设特点

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，利用GPS技术能很好地解决这一问题，因为其布网形式灵活，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。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。其网图采用分级布网，具有较高的精度及较高的可靠性，同时保证同级网点精度均匀。另外，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 GPS线路控制网的布设形式 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。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10~15 km，D级5~10 km），并与国家高等级点联测。2.2 GPS线路导线

（1）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。（2）相邻点不必都通视，只要有1对相邻点通视即可。

（3）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。

（4）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2·5 cm/km。

（5）GPS控制网与附近高等级国家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。

（6）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，可采用网（1）作业组严格按调度计划，按规定时间进行同步观测。

（2）接收机启动前和作业过程中，应随时填写测量平差手簿中的项目、格式及内容。①接收机记录后，观测员及时将测站信息记录于手簿，发现异常，及时报告调度人员，采取相应措施；②接收机记录后，禁止人员或其他物体触动天线或遮挡信号，引起信号失锁；③观测期间，不得在天线附近50 m内使用电台，10 m内使用对讲机及手机以免干扰；④同一时段观测过程中，不能将接收机关闭又启动，进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线位置、变换数据采样间隔，更不能关闭文件或删除文件等；⑤避免多路径效应误差，测站应远离大面积平静的水面（水面能反射卫星信号），测站不宜选在山坡、山谷及盆地中，测站宜远离高大建筑物（阻碍卫星信号）、高压输电线及发射台（塔）等电磁场干扰的地方。3 外业观测应注意的问题 3.1 观测计划线路控制网

编制观测计划表，对作业组按计划表下达作业调度命令。在实际作业中根据情况作出调整，做到统一指挥，协调作业，发现问题，及时解决。3.2 对观测员的要求

必须熟练掌握GPS接收机性能及作业过程，并能处理外业观测中可能出现的问题。

3.3 观测作业过程要求

测量平差手簿中的项目、格式及内容。①接收机记录后，观测员及时将测站信息记录于手簿，发现异常，及时报告调度人员，采取相应措施；②接收机记录后，禁止人员或其他物体触动天线或遮挡信号，引起信号失锁；③观测期间，不得在天线附近50 m内使用电台，10 m内使用对讲机，以免干扰；④同一时段观测过程中，不能将接收机关闭又启动，进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线位置、变换数据采样间隔，更不能关闭文件或删除文件等；⑤避免多路径效应误差，测站应远离大面积平静的水面（水面能反射卫星信号），测站不宜选在山坡、山谷及盆地中，测站宜远离高大建筑物（阻碍卫星信号）、高压输电线及发射台（塔）等电磁场干扰的地方。4 内业平差优化处理 4.1 GPS控制网的边长精度

GPS网主要用于布设首级平面控制网，每隔数千米布设一对互相通视、边长在500~1 000 m的埋石点，这样形成长短边较悬殊的控制网。为了能有效地检核外业基线成果，网中必须形成符合网形要求、满足规范和等级要求的异步闭合环。尽管基线解算符合要求，因边长过于悬殊（几百米至几十千米），若将长短边一起参与平差，就会降低短边的精度，影响整网的精度（原因是长边系统误差明显大于短边系统误差，长边绝对误差比短边小很多）。4.2 内业平差优化处理

由于上述线路GPS网点位的特点，通过多次实践提出了一个有效的优化处理方法，将平差处理中形成异步环较长的边（10 km以上）只作为检核基线成果的解算，不纳入网平差，这样能提高GPS网点的精度。4.3 基线检验具体过程

（1）同步环闭合差检验。基线所组成的同步环应进行闭合差检验，其闭合差应符合规定：ωx≤n /5σ，ωy≤n /5σ，ωz≤n /5σ，ω≤3n /5σ。其中，ωx、ωy、ωz为坐标分量闭合差；ω为环的全长闭合差；n为闭合环的边数；σ为相应等级规定的精度。

（2）异步环闭合差检验。若干条独立边或采用不同数学模型解算的同步边组成的闭合环，其闭合差应符合规定：ωx≤3nσ，ωy≤3nσ，ωz≤3nσ，ω≤3 3nσ。

（3）重复观测基线边的检验。重复观测的基线边较差应符合规定：ds≤2σ。所有基线解应进行独立环检验，一般情况下网中不得有不参加闭合差检验的基线存在。

（4）优化处理。确定待定点传算路线，在待定点均能解算的情况下，将控制网中形成异步环的较长边删除，再进行自由网平差、三维约束平差、二维约束平差。尽管表面上网型类似支导线，基线边为点连式，但基线已进行过检核，其解算成果还是可靠的。平差作业中异常问题及处理方法

（1）单一基线解算。方差比、均方差、中误差、精度因子符合要求，而同步环坐标分量闭合差超限，数值达2×10-4~4×10-4，说明基线外业观测中存在粗差，通过异步环闭合差检核，人工剔除含有粗差基线边。（查基线详解分析，外业观测中因电信号干扰或其他情况阻挡信号，导致信号失锁，引起周跳，而周跳又没有得到修复引起粗差。）

（2）线路控制网平差。基线解算合格，同步环、异步环检验通过，平差成果中仍有几个点坐标错误。检查外业观测记录及存盘数据文件，发现一个测站点在2个观测时段内赋予了2个测站名，且与以前测站重名，基线边强制平差，产生粗差。修改测站名，重新平差，结果正确。

（3）线路控制网基线边检验。线路控制网中各基线边检验时，利用自由网平差、三维约束平差、二维约束平差成果发现有一点高程错1 m左右，检查基线解算，起算数据及平差过程，没发现异常，检查外业观测记录、测站信息、仪器高时发现有一站仪器高输错1 m，将仪器高更正，重新平差，结果正确。

（4）异常问题处理。采用独立坐标系时，以线路中任一点坐标起算，按独立系转换法平差，平差后发现控制点点位与实际位置反相，出现错误，通过检查发现，二维约束平差时，平差参数的中央子午线经度值错误，修复错误，重新平差，结果正确。连式、边连式、点连式或铰连式（指沿线路方向，布设成具有新结点，同步环与同步环相套）的布网方法。参考文献：

第二篇：GPS测量技术在电子地图测绘中的应用

GPS测量技术在电子地图测绘中的应用

前言

随着互联网、汽车电子和无线手持设备对导航系统需求的剧增, 使得中国电子地图产业得到迅猛发展。面临这些需求, 许多城市和地区出现了各类电子地图。在电子地图的制作过程中,地图数据采集约占整个工作量的70%～80%。目前, 电子地图的数据获取主要有三种方法: 扫描现有地形图资料、图像资料(航片、卫星影像等)数字化以及数字测图。其中数字测图是利用GPS、电子全站仪等在野外实测直接生成数字地图, 这一方法适合于在没有现成图纸和航片时的大比例尺的地形测图，随着GPS测量技术的发展与广泛应用, GPS 数字测图已经成为电子地图数据采集的首选方式。

1、电子地图测绘的软、硬件设备

电子地图测绘采用的是集PDA 掌上电脑技术、GPS全球卫星定位系统技术和GIS 地理信息系统技术的软、硬件为一体的公路数据采集系统, 如图1 所示。在整个系统中对硬件部分的要求是: PDA 采用的是Windows Mobile 2003 微软操作系统;中央处理器主频率CPU 为624 MHz, 内存容量RAM185M, 外加1G PDA 扩展卡容量。GPS 采用蓝牙接口, 数据更新频率1 次/s , 自动定位时间45s , 定位精度小于5 m;对软件部分要求是:e-Road For PDA 和e-Road For PC 软件操作系统。前者是将GPS 接收的信号传输到PDA 上, 后者是将PDA 的数据传输到电脑上, 并对导出的地图数据进行合并和编辑。

2、电子地图测绘的原理

全球卫星定位系统GPS 分成3 个部分: GPS 卫星星座、地面监控系统、GPS 接收机。一般在测绘中所使用的是第三部分GPS 接收机。GPS 使用测距交会的原理确定点位, 其基本定位原理是每颗太空卫星在运行时, 任一时刻的位置都用一个坐标值来表示, GPS 接收机所在的位置坐标为未知值, 而太空卫星的讯息在传送过程中存在时间差, 将此时间差值乘以电波传送速度, 就可计算出太空卫星与GPS 接收机间的距离, 如此就可依三角向量关系列出一个相关的方程式。每接收到一颗卫星就可列出一个相关的方程式, 因此, 至少同时接收到三颗卫星发出的信号后, 即可计算出平面坐标(经纬度)值, 收到四颗卫星信号则可同时测出高程值, 五颗卫星以上可大大提高其测量精度。一般来说, GPS 接收机在运动中每秒的坐标数据都是最新的, 也就是说GPS 接收机会自动不断地接收卫星讯息, 并实时地计算其所在位置的坐标数据, 同时记录下来。

在GPS 定位中, 根据其运动状态可以将GPS 定位分为静态定位和动态定位。静态定位指的是对于固定不运动的待定点,将GPS 接收机安置于其上, 观测数分钟乃至更长的时间, 以确定该点的三维坐标, 又叫绝对定位。若将2 台或2 台以上分别固定不变地安置在待定点上, 则通过一定时间的观测, 可以确定这些点之间的相对位置, 又叫静态定位。而动态定位则至少有一台接收机处于运动状态, 测定的是各观测时刻运动中的接收机的点位。在电子地图测绘系统中采用的是动态定位。GPS 以全天候、高精度、自动化、高效率等特点赢得广大测绘工作者的信赖。

3、电子地图测绘的方法

3.1 外业采集

外业采集是整个测绘的核心工作, 采集组一般由4 名成员(PDA 操作员、记录员、带路者、驾驶员)和1 台作业车组成。PDA操作员要熟练掌握PDA 操作技术, 事先对要测的路线进行编号, 对于已经有编号的路线要进行核对, 做到不重复, 不遗漏每一条路线;记录人员要求反应速度快, 能领会操作员的意图, 配合操作员进行记录, 做到不遗漏, 准确率达到100%;带路者要求熟悉当地地形, 对整个地区的路线了如指掌, 做到不走重复路,以最佳路线测绘。驾驶员要平稳、匀速驾驶作业车, 并保养维修好。另外还要确保测绘设备具有充足的电量, 避免设备自动关机, 造成数据丢失。因此, 要求在测绘之前做好各项准备工作, 只有这样才能达到最佳的效果。

准备就序后, 首先要对GPS 进行定位, 然后打开GPS 蓝牙, 将其连接到PDA 上, 待其在PDA 上显示为“3D”状态时就表示GPS 已联接上PDA, 可以开始数据采集。采集数据前还要对将其测量数据进行命名, 方式建议采用当天的时间来命名, 并存入SD 卡上, 这样方便数据的合并和校核。测绘过程中常见问题的原因及解决的办法有:

(1)测绘过程中GPS 无法定位。

GPS 无法定位的原因可能是接收不到卫星信号, 这时可到一个空旷、周围建筑物少、天线少、外界干扰小的地带进行定位,待其定位好后再进行测绘。为了减少接收干扰, GPS 不能安置在根本接收不到卫星直射讯号的地方, 如室内、地下停车场、天桥下、树木密集、四面环山及隧道中。在汽车内, 应使用有长天线的GPS , 并把天线用磁石置在汽车外。在地形复杂、建筑物多、干扰多的地方, 建议使用带有延长天线的GPS。如果碰到信号好的地带最好不要采用天线。

(2)测绘过程中GPS 信号飘逸。

GPS 信号飘逸问题有多方面原因: ①在阴雨天卫星信号较弱, 很容易造成飘逸。②当地某些地区使用了卫星信号屏蔽, 使信号飘逸。③在信号很强时还使用了延长天线, 也会造成信号的飘逸。④操作错误所造成。对于不可避免的信号飘逸可以在内业顶点编辑中进行处理。

(3)测绘过程中行车速度过快。

对于一般的车载GPS 其数据更新频率是1 次/s, 因此测绘过程中车速要保证匀速行驶, 速度不宜过快, 车速一般控制在50 km/h, 防止在测绘过程中出现GPS 接收信号中断, 而使测绘数据不准确。

(4)测绘过程中不应长时间停留在某个区域。

当正在进行路线测量时, 如果较长时间在某个区域停顿时,要求PDA 操作人员暂停测量。避免长时间停滞在这个区域造成在PDA 显示的路线发生飘逸。

(5)测绘过程中基本信息处理。

由于PDA 对路线的线形和里程是自动记录的, 为使测绘过程中保证测绘准确迅速, 要求PDA 操作员对路线的基本信息不要过多输入, 只需旁边的记录员详细记录每一条路线的基本信息以及附属设施的基本参数。对于路线的基本信息可在内业处理过程中进行补充和完善。

(6)测绘过程中跨区路线处理。

由于地形复杂, 一些路线的基本信息在同一条线上都不尽相同。对于一些路线里程比较长, 是跨省或跨市(区)或跨乡(镇)的, 要对这些路线进行分段, 对于带路者要熟悉这一区域的地形, 做到不出现任何误差。记录员要在记录本上详细记载分段情况以及分段路线的基本信息。对于跨省或跨市(区)乡(镇)的路线一定要在当天测完, 方便以后的内业处理。

3.2 内业处理

外业采集到的地图数据还需要经过整理修饰才能应用, 路线上的附属设施信息也需要完善, 因此要最后得到完美的电子地图, 内业处理工作是必不可少的。内业数据处理操作的流程如图2 所示:

内业处理是一个重要的环节需要各人员协同完成, 其具体有以下几个方面:

(1)测绘地图的数据传输。

将测绘的地形图通过数据线拷贝到PC 机的硬盘上, 启动e-Road For PC 进行数据的编辑。e-Road For PC 上的功能同PDA 上的e-Road For PDA 是一样的。因此, 可在e-RoadFor PC 上进行内业的处理。

(2)测绘地图的数据编辑。

通过e-Road For PC 在地形图上进行地图编辑。要求外业测量时的数据记录员将路线的基本信息和附属设施信息进行编辑完善, 保证不丢失任何数据。

(3)测绘地图的数据合并。

编辑完成所有的路线基本信息和附属设施信息后, 需要进行地形图的合并。合并前要选择好底图, 最好使用空底图, 这样可尽量减少路线的飘逸, 然后再进行合并, 合并时要按照外业测绘的时间顺序来合并。

(4)测绘地图的顶点编辑。

由于外业测绘过程中存在信号飘逸, 因此在内业处理中, 需要PDA 操作者对飘逸的路线进行顶点编辑, 将飘逸的顶点拉到实际位置, 对于一些重复的顶点要进行删除。

(5)测绘地图的校核。

校核时最好让熟悉地形的带路者进行校核, 这样能确保每一条路线的准确性。如果当地有其他的地形图时, 可对照测绘地图的路线有无偏差。如果路线偏差比较严重或者信号飘逸严重,为保证数据的准确性最好是进行重测。

4、结束语

随着国民经济的高速发展, 交通等领域对导航技术的需求更加迫切, 电子地图对于公路的设计和管理、公路交通的信息化都有着强大的推动作用, 推广与总结GPS 和PDA 技术在电子地图测绘中的应用势在必行, 必将会逐渐代替传统测绘技术。

第三篇：GPS技术在林业测绘中的应用

林业测绘中GPS技术的应用

【摘要】随着林业方面科技的不断发展，GPS等高科技产品和技术在林农业生产的应用越来越广泛，尤其是在林业测绘方面，GPS技术起到了至关重要的作用。本文就GPS在林业测绘中的应用进行相关分析研究，希望能给同行提供一些参考。【关键词】林业测绘 GPS技术 应用 1.前言

GPS全球定位系统是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统,是美国从上世纪70年代研制，于1994年建成的。目前GPS等高科技产品和技术广泛应用于在林业生产的测绘工作中。GPS作为森林资源调查和动态临测的有力工具，能够快速、高效、准确地为人们提供点、线、面要素的精密坐标，完成森林调查与管理中备种异线的勘测与放样落界。GPS技术对于林区面积的确定，木材量的估算，日采伐木材面积的计算，原始森林、道路位置、测量森林火灾面积的确定，水源的寻找和地区界线测定等方面，都具有独特的重要作用。可在森林中，GPS定位技术进行常规测量，对森林位置和面积进行精确测定并对森林分布图进行精确绘制。2.GPS系统的组成 2.1 GPS的空间组成。21颗工作卫星和3颗备用卫星，分别在六条与赤道平面成五十五度角的轨道平面上运行，每个轨道平面配备有三颗卫星，每隔一条轨道平面配备1颗热备份卫星，而且卫星轨道为圆形，其轨道周期为12小时，高度为19650千米，此配置可实行24小时全球覆盖，世界各地的任何用户随时都能看到至少4颗卫星。2.2 GPS地面支撑系统

其组成部分为主控站、全球监测站及地面控制站。进行所有卫星的跟踪，以及测定轨迹和时钟、修正模型参数、时钟同步和卫星加载点护甲电文等是其控制部分的重要任务。2.3 GPS系统的用户设备部分(GPS接收机)。

通过对GPS卫星发射信号的接收，来获得必需的导航和定位信息及进行观测测量，通过处理数据来完成导航和定位工作。GPS接受硬件的组成部分一般为主机、天线和电源。现今车载GPS系统能够快速准确确定地表位置，并以数据指标形式将其直接传入到计算机系统中。3.GPS定位的原理

GPS定位是通过卫星不断发送自身的星历参数及时间信息，接收到信息的用户借助计算机求出接收机相关的三维位置、方向及其运动速度与时间等相关信息。当今GPS系统为了得到更高的定位精度，常采取差分GPS技术也称伪距差分或载波相位差分，即在基准站上安置一台GPS接收机进行观测。从基准站到卫星的距离改正数由精准站已知精密坐标来计算得出，最后此数据再由基准站进行实时发送。用户接收机通过对基准站发出的改装数进行同时接收观测，来改正其定位数，最终得到最精确的相关定位结果。4.GPS系统的优点 4.1 高定位精度。精确测定森林位置和面积时间表明, 在50公里内，GPS相对定位精度可达6—10米，100—500公里范围内可达7一10米，1000公里之内则可达9一10m。

4.2 测绘时间短。不断完善的GPS系统和不断更新的软件，使得目前20公里“内相对静志定位仅需15—20分钟，快速静态相对定位测量仅需1一2分钟。

3、测定测站间无须通视。只要保证测站上空开阔，即可大量节省测绘时间，对工作效率有大幅提高。

4、操作简单。接收机的体积随着GPS自动化程度的提高逐渐减小愈加便携，一般手持型GPS重量不会超过400克，携带起来十分方便。

5、全天候作业。能保证接收性能并不受气候影响，能保证全天候作业。

6.GPS应用于林业测绘 6.1、森林资源样地定位

在清查我国森林资源时，固定样地的定位与复位测量是采用地形日引线定位和直接搜寻样地的方法，此方法费时费力．而且精度很低。GPS技术的快速动态定位特性为上述工作提供了有力的技术支持，差分定位是目前GPS最为广泛泛使用的方法．基本思路是借助一个已知精确定位的参考点以般为国家级测量控制点l和十数据通信链(I；PRSl．使用手持差分GPS(赛图7)进行实时差分精确动态定位．并利用差分GPS导航功能，只要辅助固定样地的纵、横坐标，按导航方向可直接到达样地中。这样一来可大大提高工作效率，且可达到极高的精度，对林业工作者有极大帮助，6.2 林地面积的测量

林地面积测量在造林方面有所涉及，模拟地崩或数字地图是测量传统的森面积测量的基础。如方格网法和条带网法图形称重法解析法等。这些方法由于多环节，低测定精度，都不及直接用GP测量林业面积（走闭合l）。6.3 林地管理

作为林业生存发展的基础，林地资源不容侵占。我们可用GPS对征占和侵占的林地进行准确定位、求其面积。并由资源管理CIS来接收GPS采集的外业数据，最终将被征占侵占林地的准确位置、面积及图形绘制出来。6.4 采伐设计

GPS定位可用于采伐设计中求面积割分采伐小班。由资源管理 GIS接收GPS采集的数据，进行采伐设计图的绘制。通过GPS对占用的林地进行初步定位、测量，来决定审批是否合格。6.5 毁林案件勘察

对乱砍溢伐、毁坏造林地等林政案件，被毁林地的位置面积可由使用GPS进行快速，准确地勘察，被毁林地的位置和面积可由GPS采集的数据进行绘制，为处理案件的处理提供准确有力数据。

6．6 遗林规划设计踏查

使用GPS对准备造林的小区小班进行踏查，确定小班的位置面积，需造林的小班的确定可由内业来进一步筛选。6.7 检查验收造林实绩

检查验收每年春季造林的成果时，可通过GPS来快速确定所造林的位置的正确与否、面积的准确与否、边界位置的准确与否等。7.使用GPS应注意的事项

7.1 相应检测是GPS在使用前的必须工作，日常开机后自动设置为出厂值，如果不显示为出厂值，应进行重新设置，再次使用则必须为出厂值，除此之外，误差实测也是必备工作，10米以上的平均误差的GPS不宜使用。

7.2 使用常用页面。UR状态页面应为开机后接收信号时的常用页面，待信号逐渐稳定后．使用功能页面中航点功能下的罗盘导航页面。由于GPS接收的卫星信号随时可能发生变化，所以应注意进行读数时，数据必须已经稳定，这样才能有效地把数据的准确性和精密度提高。7.3 在障碍物和高压电线及变电器附近尽量避免使用。卫星信号的接收会受到障碍物的影响，大多存在10米左右的误差，有时误差甚至高于20米。因此，读数应尽可能地避免在有障碍物的地方进行，这种情况在测量的距离相对较短时更应该的到高度重视。若定点必须在有障碍物的地片进行时．应尽可能在相对空旷的地方安置接收机，使信号接收准确；对GPS的信号会受到高压电产生的磁场的干扰，所以当定点必须在有电磁干扰地方进行时，把定点位置采用差位定点来甲移n米，“避免受到电的磁干扰，并将其标明在草图中。在Ⅱ式绘图时进行复位。

7.4 防止数据丢失。多种日常生活的疏忽都可能是导致数据丢失的原因。此时可通过编辑航点来重新取得数据。7.5，廊用GPS对面积的测绘较为简便。通过绕所要测量的地手持GPS快速地走一个闭合轨迹，即可求得面积；但是为在具体操作中保证精度，沿测量地行进时不能过快，要尽可能地保持匀速前进。8.结束语

社会在不断进步发展，林业生产的技术水平也随之提高，GPS技术在林业测绘中所起的作用不容忽视，因此，我们林业工作者有更加重视对GPS技术的应用和完善，为国家的林业测绘工作尽一份绵薄之力。

第四篇：GPS在测绘中的应用

GPS 在高速公路测量中的应用 随着科学技术发展，GPS技术步入公路行业。我经过对GPS测量的学习情况作以下浅谈：

一、GPS测量简介

全球定位系统GPS是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，作为新一代的卫星导航和定位系统，不仅具有良好的抗干扰性和保密性，而且具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面，对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。

全球定位系统是美国研制并投入使用的卫星导航与定位系统。在测量领域，GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、以及地形测量等各个方面，尤其是实时动态（RTK）定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力。

二、GPS技术在公路测量中的应用前景

目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。利用GPS测量能克服上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了各级公路测设质量。相对于以往测量来说，GPS测量主要有以下特点：

①测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。

②定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，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。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。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测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其他观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。

当前，公路测量的技术潜力蕴于RTK（实时动态定位）技术的应用之中，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。

三、RTK技术在公路测量中的应用

3.1实时动态（RTK）定位技术简介：是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS（RTK）技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。众所周知，无论静态定位，还是动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量。在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了GPS测量的工作效率。实时动态定位（RTK）

系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证。实时动态（RTK）定位有静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。

3.2应用。最新的RTK技术在公路测设中具备以下几个功能和作用：

①绘制大比例尺地形图。高等级公路选线多是在大比例尺（1：1000或1：2000）带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。

②道路中线放样。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。

③道路的横、纵断放样和土石方量计算。纵断放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设；横断放样时，先确定出横断面形式（填、挖、半填半挖），然后把横断面设计数据输入到电子手簿中（如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高），生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用。

3.3RTK技术的优点：

①实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果（包括高程）。②彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率。

③作业效率高，每个放样点只需要停留1-2s，流动站小组作业，每小组（3-4人）可完成中线测量5-10km，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。

④在中线放样的同时完成中桩抄平工作。

⑤应用范围广，可以涵盖公路测量（包括平、纵、横），施工放样，监理，竣工测量，养护测量，GIS前端数据采集诸多方面。

⑥如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。

第五篇：GPS在工程测量中的应用1

GPS在工程测量中的应用

摘 要：简述了全球定位系统（GPS）的基本结构和测量原理，总结了GPS用于工程测量所具有的特点，介绍了GPS在工程测量中的应用实例。

关键词：GPS；工程测量；应用实例全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，历时20年，耗资200多亿美元，分三阶段研制，陆续投入使用，并于1994年全面建成。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。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用［1］，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。本文介绍GPS在山区工程测量中的应用，并提出几点体会。1 GPS简介1．1 GPS构成GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。（1）GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20 200 km，运行周期为11 h 58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。（2）GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监 测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。（3）GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。

1．2 GPS定位原理GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的［2］。如图1所示，在待 测点Q设置GPS接收机，在某一时刻tk同时接收到3颗（或3颗以上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离ρ

1、ρ

2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由下式解算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）：1．3 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测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1 000 km的基线上可达1×10－8。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。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。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。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。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 应用实例2．1 工程概

况本文涉及的工程由某集团公司投资建造，是一个集休闲、娱乐、旅游、渡假等功能于一体的综合项目。工程位于城郊，占地66．7 hm2多，属两山夹一沟地形，山地面积约占三分之二。最高处约90 m。山上树木茂盛，地形复杂，通视困难，行走不便。为了该工程的设计和施工，需建立首级控制网。考虑到工程复杂，工期较紧，测区通视困难，地形起伏大等因素，决定采用GPS测量。2．2 GPS测量的技术设计（1）设计依据 GPS测量的技术设计主要依据1999年建设部发布的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》［3］及工程测量合同有关要求制定的。（2）设计精度 根据工程需要和测区情况，选择城市或工程二级GPS网作为测区首级控制网。要求平均边长小于1 km，最弱边相对中误差小于1／10 000，GPS接收机标称精度的固定误差a≤15 mm，比例误差系 数b≤20×10－6。（3）设计基准和网形 如图2所示，控制网共12个点，其中联测已知平面控制点2个（I12，I13），高程控制点5个（I12，I13，105，109，110，其高程由四等水准测得）。采用3台GPS接收机观测，网形布设成边连式。（4）观测计划 根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度（空间位置因子PDOP），选择最佳观测时段（卫星多于4颗，且分布均匀，PDOP值小于6），并编排作业调度表。

2．3 GPS测量的外业实施（1）选点 GPS测量测站点之间不要求一定通视，图形结构也比较灵活，因此，点位选择比较方便。但考虑GPS测量的特殊性，并顾及后续测量，选点时应着重考虑：①每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用；②点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等，以免电磁场对信号的干扰；④点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方，以便观测和日后使用；⑤选点结束后，按要求埋设标石，并填写点之记。（2）观测 根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15°，时段长度45min，采样间隔10 s。在3个点上同时安置3台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，观测者填写测量手簿。2．4 GPS测量的数据处理GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，采用随机软件完成。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后，得到GPS控制点的三维坐标（见表1），其各项精度指标符合技术设计要求。3 结束语通过GPS在测量中的应用，得到如下体会。（1）GPS控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。但由于测区条件较差，边长较短（平均边长不到300 m），基线相对精度较低，个别边长相对精度大于1／10 000。因此，当精度要求较高时，应避免短边，无法避免时，要谨慎观测。（2）GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于各别点的选定受地形条件限制，造成树木遮挡，影响对卫星的观测及信号的质量，经重测后通过。因此，应严格按有关要求选点，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。

（3）GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。但由于联测已知高程点较少（仅联测5个），致使的控制点高程精度较低。因此，要保证控制点高程的精度，必须联测足够的已知高程点。