GPS在工程测量中的应用1

第一篇：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。

第二篇：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：

第三篇：GPS在高速公路测量中的应用

GPS测量的特点

相对于经典测量学来说，GPS测量主要有以下特点：

--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。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

--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。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

--观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。

--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。

--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，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

--全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

GPS测量在公路测量中的应用

公路路线一般处在一条带状走廊内。其平面控制测量往往采用导线形式，这包括附合导线、闭合导线、结点导线等导线网形式。对于重要构造物如大桥、特大桥、长大隧道等，也有布设成三角网、线形锁等形式。

--常规测量方法的缺陷：

1、规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10公里，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。

2、搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。

3、国家大地点破坏严重，影响测量作业。由于国家基础控制点，大多为五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50公里以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。

4、地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求布设在距路线的300米范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。

对于长大隧道，特大桥用常规测量有下列局限：

1、长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在四等以上。用常规测量方法，往往采用增加测回数，延长观测时间等费时、费工的方法来设法提高精度。

2、长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带，进行常规控制测量，为通视和网形，往往砍伐工作量相当大，这样测设费用很大，作业艰苦。

3、长大隧道及特大桥的控制网高精度及与路线网的低精度衔接，虽说用平差方法可以得到克服，但由于地形条件困难，其联结的测量工作量很大，且不太方便。实际工作中，构造物的控制测量与路线的控制测量经常出现脱节现象。

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，保证了高等级公路测设质量。

--GPS测量用于加密国家控制点：

京珠国道主干线粤境高速公路汤塘至广州北二环段路线长约60公里，所处地形为重丘区，路线设计为6车道。

该段有11个各种系统的平面控制点，经过实地寻找，找出了7个，有4个被破坏，破坏中有2个国家Ⅱ等点。在已找出的的7个控制点中，国家测绘局系统Ⅰ等点1个，Ⅲ等点1个；城市测量系统点2个；总参军控点3个。这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。

为提高京珠国道粤境高速公路汤塘至广州北二环段测设质量，决定在国家测绘系统基础进行控制点的加密。加密的控制点布设方案是：沿公路路线每10km布设一对点，该对点相距约1km，且应通视良好。这样，该段共设了6对GPS加密点，加密点的精度要达到四等控制网的要求。GPS四等网由18个点组成，其网形略图如图1。（图1 汤塘至广州北二环GPS四等国家大地点加密）

该四等网采用4台Trimble SE400单频接收机作业。该机的标称精度为10mm+2PPm。四等网的观测时间为90min。数据采样间隔为15s。

基线预处理采用厂家提供的TrimvecPlus软件，平差计算采用武汉测绘科技大学编制的GPSADJ Ver2.0软件包。

通过平差处理，该四等网最弱点位中误差为4.11cm，平均点位中误差3.18cm，最弱边相对中误差1/27669，平均边长相对中误差1/453578。

整个四等网作业仅花4d时间。其效率较常规测量手段至少提高3倍。

在此基础上，我院同湖北省测绘局、湖南省第二测绘院合作，在京珠国道主干线湖南耒阳广州花都段进行了近600km的GPS加密国家控制点的测量。该地区路线跨越南岭山脉，沿线山高深、植被茂盛、地形地貌复杂、通视条件极差。国家一、二等三角点破坏严重，测设内可供利用的三角点稀少，在路线走廊范围内仅找到7个保存完好的国家三角点。

经过平差处理，网中最弱点点位中误差为4.13cm，最弱边相对中误差为1/12.5万。控制网的各项指标达到甚至超过国家四等网的技术要求。

近600km的GPS控制网，仅用两个外业组，10个作业员，7台GPS接收机，约20d的作业时间。若采用常规测量方法在相同人手的情况下，至少需要三个月的时间才能完成。

GPS测量用于隧道控制测量

在京珠国道主干线粤境高速公路翁城县境内有座靠椅山双洞直线型平行隧道，初测的左、右洞起讫桩号分别为ZK144+710～ZK147+730，YK144+730～YK147+740。其洞长分别为3020m和3010m。根据《公路隧道勘测规程》中对隧道类别划分标准，属公路特长隧道，洞外测量在贯 通面上对贯通误差影响值限值为±55mm。

靠椅山隧道地处亚热带地区，雨量充沛、荆剌丛生，沟深林密，野外作业条件十分艰苦，采用常规方法不仅费时费力，而且选点困难，砍伐工作量大。结合靠椅山地形特征，采用GPS测量，布设了如图2所示的GPS控制网。

靠椅山隧道控制网由14个点组成，网中最短边长为100.842m，最大边长为3597.4m，平均边长为1104.848m。

采用Wild 200 GPS接收机进行静态观测，观测时间为20～50min，采样率为10s，共观测了29条基线向量。

经过平差处理，网中最弱边相对精度为1/60106，最高相对精度达1/137万；最弱点位中误差为±0.83cm。在贯通面上贯通误差左、右线分别为±0.707cm和±0.693cm。

通过实施GPS测量可看出：GPS测量灵活、方便，能大大节省人力、物力、减少野外砍伐工作量，减少一些不必要的过渡点；具有极高的精度，它完全能达到《公路勘察规程》对隧道测量的要求；较红外仪导线测量，可提高效率4～5倍。

GPS用于特大桥控制测量

鄂黄长江公路大桥是连结长江两岸黄冈市和鄂州市的公路特大桥。为便于大桥设计和施工，采用GPS对首选方案Ⅲ、Ⅳ桥位进行Ⅲ等平面控制测量。布网设计方案为双大地四边形(如图3)。垂直于江面的长边约为1200m，平行于江面的短边约为500m。双大地四边形与两个国家Ⅱ等以上大地点联测。

经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.93cm，最弱边长相对中误差1/113000，满足了Ⅲ等平面控制测量的精度要求。

GPS测量用于导线控制测量京深高速公路河北境高邑至邢台段地处华北平原，地势平坦，最大相对高差约20m，平均海拔约50m，境内村庄较多。植被多为小麦及田间行树。

公路及机耕道密集。

采用三台Wild 200 GPS接收机进行导线测量，作业方式采用点连接方式，三台接收机同时作业。作业完后，向前滚动(如图4)。

?Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示观测的同步环。

在GPS观测之前，已作高精度红外导线测量(EDM)和水准测量。

通过实际测量可以看出：

l GPS观测时间为7.5min，与常规红外仪测量相比，时间缩短了约20min，效率为4倍；与全站仪测量相比，时间缩短约8min，效率为2倍。

l GPS导线测量可靠性好，平面精度和高程精度均能满足高速公路测设的要求。

GPS测量用于摄影测量外业控制点测量

摄影测量一般沿飞行航摄的航线，每隔一定间隔就要在野外实地测量一定数量的平面和高程控制点(如图5)。野外平高控制点的间隔n按地形类别及所测地形图的比例尺而定。如1∶2000地形图，摄影比例尺为1∶10000，间隔n一般为4～6个摄影基线。

常规的野外平高控制点的测量方法是先沿航摄方向布设导线，然后在此基础上采用支导线方法测定航测象控点。这种方法主要是导线方式测量。

由于航摄面积较广，对23cm×23cm象幅，1∶10000摄影比例尺，覆盖范围为2.3km宽，双航线覆盖范围更宽，在这广阔范围内进行导线测量，往往由于实地条件的限制，其作业是相当艰苦的，且工作量大，作业周期长。

在京珠国道主干线粤境高速公路汤塘至广州北二环段这60km路线的航测外业中，利用4台TrimbleSE4000接收机，将一台或两台GPS接收机固定于已知点上，其余GPS接收机游动于像控点进行像控点三维坐标测量。全线航测像控点测量仅用5d作业时间。

经过平差处理，像控点平面点位精度达到了优于0.10m的精度，最弱边相对中误差为1/43734。

由此可见，GPS测量作航测控制，不仅具有高精度，而且具有极大的灵活性。它改变了逐步控制的测量模式，其效率较常规方法提高5倍以上。

GPS测量用于密林、密灌地区路线控制测量

随着经济的发展，高等级公路开始向山区、重丘区岭区拓展。这些地区人烟稀少，植被茂盛。成片的密林、密灌地区，水平方向通视困难，有时实施常规测量方法几乎不可能。

在海南中线新建公路海口至屯昌段测设中，自石山至永发镇约20km，植被覆盖厚，多为有剌密灌、杂草地，人迹罕见，有多个火山口。这种地区红外仪导线测量几乎没有可能。为提高高等级公路测设质量，采用GPS沿路线每隔2km作一对GPS点，这一对GPS点应保证足够的水平通视距离。

利用这2km一对的GPS通视点，就可在此基础上前后各支出不超过1km进行放线测设工作，既保证了测设工作的质量，又大大减少了作业的劳动强度，加快了测设周期。

在海南中线的20km密林密灌测设中，作了11对GPS通视点。采用TrimbleSE4000单频接收机在每个测站上观测30min，数据采样率为15s，作业方法是两台接收机处于固定点上，其余接收机游动于密林密灌区的埋设的通视点上。

经过平差处理，这22个GPS点的最弱点位精度为4.95cm，平均点位精度为2.85cm，平均边长相对中误差为1/486993。

GPS应用展望

从GPS测量中，可以看出GPS具有很大的发展前景：

首先，GPS作业有着极高的精度。它的作业不受距离限制，非常适合于国家大地点破坏严重地区、地形条件困难地区、局部重点工程地区等。

其次，GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。

第三，GPSRTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。

第四，GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。

第五，GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。

第四篇：GPS在控制测量中的应用前景

试说明GPS在控制测量中的应用前景

一、GPS在城市领域范围控制测量中的应用研究。为加快郑州市城市化进程，代写工程管理硕士毕业论文扩大城市规模，把郑州建设成为国家区域性中心城市，河南目前正在实施“中心城市群”带动战略，要在郑东新区已经基本成形的基础上加快推进“大郑东新区”建设。常规控制测量如三角测量、导线测量，要求点间通视，费工费时，而且精度不均匀。GPS测量无需点间通视且能够高精度地进行各种控制测量。区域GPS控制网的特点是控制区域有限（或一个市或一个地区），边长短（一般从几百米到20km），观测时间短（静态定位的几十分钟至

一、两个小时），就其作用而言分为：1）建立新的地面控制网；2）检核和改善已有地面网；3）对已有的地面网进行加密；4）拟合区域大地水准面。GPS测量技术在区域控制测量中的应用，证明了以下结论：采用GPS技术进行高等级控制网的测量具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等优点。GPS新技术用于超大城区控制在资金和时间上有明显优势。用较短的作业时间达到了预期的目的。为保证按时完成其他测绘工程打下了坚实的基础。用较少的投入取得了控制面积100km2的测绘成果。用高精度保证了后工序各项成果的数学精度，该项目已顺利通过验收，全部成果质量被评为优。

二、GPS技术在公路测量中的应用前景探讨。GPS技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔。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，GPS中的RTK技术在公路测量中的应用及其对公路勘测的巨大推进作用。实时动态(RTK)定位有快速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。GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态(RTK)定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。

三、GPS在大地控制测量中的应用。GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。作为大地测量的科研任务是研究地球的形状及其随时间的变化，因此建立全球覆盖的坐标系统一的高精度大地控制网是大地测量工作者多年来一直梦寐以求的。直到空间技术和射电天文技术高度发达，才得以建立跨洲际的全球大地网，但由于vlbi、slr 技术的设备昂贵且非常笨重，因此在全球也只有少数高精度大地点，直到GPS技术逐步完善的今天才使全球覆盖的高精度GPS网得以实现，从而建立起了高精度的（在1-2cm）全球统一的动态坐标框架，为大地测量的科学研究及相关地学研究打下了坚实的基础。GPS网的特点是控制区域有限（或一个市或一个地区），边长短（一般从几百米到20km），观测时间短（从快速静态定位的几分钟至一两个小时）。由于GPS定位的高精度、快速度、省费用等优点，建立区域大地控制网的手段我国已基本被GPS技术所取代。就其作用而言分为建立新的地面控制网；检核和改善已有地面网；对已有的地面网进行加密；拟合区域大地水准面。

第五篇：实时GPS测量在公路工程中的应用

在GPS测量中，影响观测精度的主要误差可分为以下三类：

一、与GPS卫星有关的误差

与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差卫星钟差

由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。

在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。

2卫星轨道偏差

估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并掌握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。

应该说，卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。

在GPS定位测量中，处理卫星轨道误差有以下直种方法:

1)忽略轨道误差

这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。

2)采用轨道改进法处理观测数据

这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。

3)同步观测值求差

这一方法是利用在两个或多个观测站一同，对同一卫星的同步观测值求差。以减弱卫星轨道误差的影响。由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响，具有系统误差性质，所以通过上述求差的方法，可以明显的减弱卫星轨道误差的影响，尤其当基线较短时，其效用更不明显。

这种方法对于精度相对定位，具有极其重要的意义。

二 与卫星信号传播有关的误差

与卫星信号有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应电离层折射的影响

GPS卫星信号的其它电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，便其信号的传播路径发生变化。当GPS卫星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小，而当卫星接近地平线时，则影响最大。

为了减弱电离层的影响，在GPS定位中通常采用下面措施

(1)利用双频观测

由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测。便能多确定其影响，而对观测量加以修正。因此，具有双频的GPS接收机，在精密定位中测量中得到广泛的应用。不过应当明确指出，在太阳辐射的正午或在太阳黑子活动的异常期，应尽量避免观测。在尤其是精密定位测量。

(2)利用电离层模型加以修正

对于单频GPS接收机，为了减弱电记屋的影响，一般是采用导航电文提供的电离层模型，或其它适合的电离层模型对观测量加以修正，但是这种模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率约为75％。

(3)利用同步观测值求差

这一方法是利用两台或多台接收机，对同一卫星的同步观测的求差，以减弱电离层折射的影响，尤其当观测站间的距离较近时（<20km)，由于卫星信号到达各观测站的路径相近，所经过的介质状况相似，因此通过各观测站对相同卫星信号的同步观测值求差，便可显著的减弱电离层折射影响，其残差将不会超过0.000001。对于单频GPS接收机而言，这种方法的重要意义尤为明显。

2对流层折射的影响

对流层折射对观测值的影响，可分为干分量与湿分量。干分量主要与大气的湿度与压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度有关。对于干分量的影响，可通过地面的大气资料计算；湿分量目前尚无法准确测定。对于输送短的基线(<50km)，湿分量的影响较小。

关于对流层折射的影响，一般有以下几种处理方法：

(1)定位精度要求不高时，可不考虑其影响。

(2)采用对流层模型进行改正；

(3)采用观测量求差的方法。与电离层的影响相类似，当观测站间相距不远(<20km)时，由于信号通过对流层的路径相近，对流层的物理特性相近，所以对同一卫星的同步观测值求差，可以明显的减弱对流层折射的影响。

3多路径效应影响

多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点（相位中心点)位置的变化，从而便观测量产生误差，而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，难以控制。根据实验资料表明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达到米级，对测相伪距的影响可达到厘米级。而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因此，在精密GPS导航和测量中，多路径效应的影响是不可忽视的。

目前减弱多路径效应影响的措施有：

(1)安置接收机天线的环境，应避开较强的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。

（2）选择造型适宜且屏蔽良好的天线等。

（3）适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。

(4)改善GPS接收机的电路设计，了减弱多路径效应的影响。

三、接收设备有关的误差

与GPS接收机设备有关的误差主要包括观测误差，接收机钟差，天线相位中心误差和载波相位观测的整周不定性影响。观测误差

观测误差包括观测的分辨误差及接收机天线相对于测站点的安置误差等。

根据经验，一般认为观测的分辨误差约为信号波长的1%。故知道载波相位的分辨误差比码相位不小，由于此项误差属于偶然误差，可适当地增加观测量，将会明显地减弱其影响。

接收机天线相对于观测站中心的安置误差，主要是天线的置不与对中误差以及量取天线高的误差，在精密定位工作中，必须认真，仔细操作，以尽量减小这种误差的影响。接收机的钟差

尽管GPS接收机高有高精度的石英钟，其日频率稳定度可以达到10的-11方，但对载波相位观测的影响仍是不可忽视的。

处理接收机钟差较为有效的方法是将各观测时刻的接收机钟差间看成是相关的，由此建立一个钟差模型，并表示为一个时间多项式的形式，然后在观测量的平差计算中统一求解，得到多项式的系数，因而也得到接收机的钟差改正。载波相位观测的整周未知数

载波相位观测上当前普遍采用的最精密的观测方法，由于接收机只能测定载波相位非整周的小数部份，而无法直接测定开波相位整周数，因而存在整周不定性问题。

此外，在观测过程中，由于卫星信号失锁而发生的周跳现象。从卫星信号失锁到信号重新锁定，对载波相位非整周的小数部分并无影响，仍和失锁前保持一致，但整周数却发生中断而不再连续，所以周跳对观测的影响与整周未知数的影响相似，在精密定位的数据处理中，整周未知数和周跳都是关键性的问题。4 天线的相位中心位置偏差

在GPS定位中，观测值是以接收机天线相位中心位置为准的，因而天线的相位中心与其几何中心理论上保持一致。可是，实际上天线的相位中心位置随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，即观测时相位中心的瞬时位置（称为视相位中心）与理论上的本单位中心位置将有所不同，天线相位中心的偏差对相对定位结果的影响，根据天线性能的优劣，可达数毫米至数厘米。所以对于精密相对定位，这种影响是不容忽视的。

在实际工作中，如果使用同一类型的天线，在相距不远的两个或多个观测站上，同步观测同一组卫星，那么便可通过观测值求差，以削弱相位中心偏移的影响。需要提及的是，安置各观测站的天线时，均奕按天线附有的方位标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极。