如何提高GPS在工程测量应用中的测量精度
《地质矿产测绘》2006年第22卷第3期
GPS测量技术及其在工程测量中的应用
三
赖继文
(湖南省地质测绘院，湖南衡阳421008)
介绍了GPS的系统组成、工作原理和技术特点。给出了GPS测量技术在工程测量中的应用。以及公路工程的GPS测量技术
与传统的公路工程测量技术相比，指出了GPS测量技术在公路工程测量中的优势和发展前景。
关键词:全球定位系统；GPS测量技术；工程测量；app应用
中国图书馆分类号:P 22814；P 258文件识别码:b文号:1007-9394(2006)03-0011-03。
GPS测量技术及其在工程测量中的应用
拉·伊·J·I2文
(湖南省地质测绘院，湖南衡阳421008)
文摘:介绍了GPS系统2的组成、工作原理和技术特点
并给出了GPS测量技术在公路工程测量中的应用。然后论文进行了比较
公路工程GPS测量技术与传统公路工程测量技术的区别
公路工程测量的优势及发展前景。
关键词:GPS全球定位系统测量技术；工程测量；应用
0简介
全球定位系统(GPS)是美国的国防。
为了满足军事部门对高精度导航和海陆空设施导航的需求
为满足定位的要求而开发的卫星导航系统是全球的、全天候的、连续的。
性、实时导航、定位和定时功能可以为各类用户提供精确的三维
坐标。该系统自20世纪70年代初开始设计和开发。根据原文
设计思路是利用接收卫星发射的伪随机噪声码(P码)为美军和
北大西洋组织的盟国提供米级导航定位，同时定位精度会有几个
10米C/A码伪距提供民用导航和定位。作为新一代卫星的GPS
导航定位系统不仅具有全球、全天候、连续的精确三维制导。
导航定位能力，并具有良好的抗干扰性和保密性。全球定位
该系统的快速发展引起了各国军事部门和民用部门的普遍关注。
关心。
1 GPS测量技术
GPS定位技术的高度自动化，其高精度及其
潜力，也引起了广大勘测人员的极大兴趣。。那时，GPS定位
基本上只有一种操作方式——静态相对定位，两种或两种以上。
GPS接收机放置在固定点连续观测同一组卫星1 ~ 2 h。
或者更长的时间，通过对观测数据的后处理，给出待定点之间的依据
线矢量，在使用广播星历的情况下，静态定位可以获得5 mm+1 ×。
10-6D(双频)或10毫米+2 ×10-6D(单频)基线解算精度。
随着技术的发展，快速静态定位已经发展到短基线测量。
一种新的方式大大提高了GPS测量的劳动生产率。一对GPS测量值
该系统(双频)在10公里范围内短边正常接收4 ~ 5颗卫星。
Min，可获得5 ~ 10mm+1×10-6d的基线精度，等于1 ~
静态定位2 h甚至更长时间的结果不相上下。每个GPS测量工厂
商人们看好这一大趋势，纷纷推出自己的GPS测量新产品。是的，有
这个新产品叫GPS全站仪，有的叫RTK(实时动态)
测量)，有的叫RTK GPS。
总之，GPS测量理论和设备的不断发展使得GPS测量技术
技术日益成熟，GPS测量功能更加完善，GPS测量应用更加广泛，并且
GPS测量设备价格变得更低，操作更简单，GPS测量更方便。
增加实用性和自动化。自20世纪80年代以来，随着GPS定位技术的发展
测绘定位技术的出现和不断发展完善带来了革命性的变化。
它为工程测量提供了一种全新的技术手段和方法。对于长时间的角度测量，
以测距和水准测量为主体的常规地面定位技术正逐渐被一次使用。
高速、高效、高精度的GPS技术确定三维坐标；
定位方法从静态扩展到动态；定位服务已经从导航和地图。
领域已经扩展到国民经济建设的广阔领域。
下面主要介绍GPS系统的组成和工作原理及其在测量领中的应用。
领域的应用特点。
11
接收日期:2006年3月8日
。1994-2008中国学术期刊电子出版社。版权所有ki.net
111 GPS系统的组成
GPS全球定位系统由两部分组成:空间卫星群和地面监控系统。
组成，此外，测量用户还应具备卫星接收设备。
空间卫星星座，GPS的空间卫星星座由24颗卫星组成，高度约20万公里。
GPS卫星群，均匀分布在六个轨道平面上，平面之间的夹角。
是60，轨道与地球赤道的倾角是55，卫星的轨道周期是
11小时58分，可以保证地平线在任何时间任何地点。
可以同时接收4 ~ 11颗GPS卫星的信号。
GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件和相应的应用程序组成。
家用设备，如计算机和气象仪器，用于接收GPS卫星传输。
信号，使用信号进行导航和定位等。在测量领域，随着现代
随着科学技术的发展，体积小、重量轻的GPS定位设备便于携带
高精度的技术指标给工程测量带来了极大的便利。
112 GPS的工作原理
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。一…就…
就是在需要定位的位置P设置一个GPS接收机，在某个时刻同时连接。
从三个以上(A、B、C) GPS卫星接收导航信息，并通过一个
此时可以通过一系列的数据处理和计算来获得GPS接收机对GPS卫星的定位。
距离sap、sbp和scp的距离，这些卫星这时也可以通过接收卫星星历表得到。
空间位置(三维坐标)。从而通过距离交会的方法获得P点。
的三维坐标(xp，yp，zp ),其数学公式为:
精力
2 = [ ( xp - xa ) 2 + ( yp - ya ) 2 + ( zp + za ) 2 ]
sbp
2 = [ ( xp - xb ) 2 + ( yp - yb ) 2 + ( zp + zb ) 2 ]
单细胞蛋白质
2 = [ ( xp - xc ) 2 + ( yp - yc ) 2 + ( zp + zc ) 2 ]
(1)
在公式(1)中，(xa，ya，za)，(xb，yb，zb)，(xc，yc，zc)分别是卫星。
ti时刻a，b，c的空间直角坐标。GPS测量一般有两种。
坐标系，一个固定在空间，一个和地球同相。
公路工程控制测量中常用的是立体坐标系统，称为立体坐标系统。
地面固体坐标系。(例如:WGS-84世界大地坐标系和1980 Xi安。
大地坐标系。)在实际使用中，需要用到坐标系之间的转换参数
变换坐标系，求出所用坐标系的坐标。这样的
更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测结果，所以在
它已广泛应用于测量中。
113 GPS测量的技术特点
与常规测量方法相比，GPS测量具有以下特点:
1)站间不要求通视。GPS的这一特性使得选点更加灵活。
方便。但是，台站上方的天空必须是开阔的，这样接收到的GPS卫星信号才不会干燥。
打扰。
2)定位精度高。一般双频GPS接收机的基线解算精度为±5mm
+1 ×10-6D，而红外仪标称精度为5mm+5× 10-6d，GPS测量。
精度与红外仪相当，但随着距离的增加，GPS测量的优势越来越突出。
出去。
3)观察时间短。利用GPS布设控制网时各站的观测
时间一般在30 ~ 40 min左右，采用快速静态定位法。
房间更短。
4)提供三维坐标。GPS测量用于精确确定观测站的平面位置
同时，可以精确地确定观测站的大地高程。
5)操作简单。GPS测量自动化程度高。当前GPS连接
接收器已经小型化，操作傻瓜式，观测者只需要对中和拉直天线。
放平，测量天线高度，打开电源，进行自动观测，使用数据处理软件。
通过处理数据获得测量点的三维坐标。而卫星等其他观测工作
捕获、跟踪和观察由仪器自动完成。
6)全天候运行。GPS观测可以在任何地点、任何时间连续进行。
一般不受天气条件影响。
在中国，GPS定位技术的应用已经渗透到各个领域，国土。
GPS已广泛应用于网络、城市控制网和工程控制网的建立和改造。
技术。在石油勘探、高速公路、通讯线路、地下铁路、隧道，
建筑物变形、大坝监测、滑坡、地震变形监测、岛屿或海洋勘测
GPS技术也得到广泛应用。与DGPS差分定位技术和
RTK实时差分定位系统的发展和美国AS技术的发布，单点定位
随着定位精度的不断提高，GPS技术被广泛应用于导航、车辆实时监控、石油产品等领域。
勘探点定位、地质勘探剖面测量、破点测绘放样等领域将包括
应用前景广阔。
2 GPS全球定位系统在工程测量中的应用
GPS全球定位系统用于工程测量。
近两年来，GPS的应用得到了迅速的推广，而这主要依赖于GPS。
该系统可以全天候为世界上任何用户提供高精度的三维坐位。
标准、三维速度和时间信息等技术参数。主要采用工程测量。
GPS的两个功能:静态功能和动态功能。静态功能是通过接收实现的
对卫星信息，确定地面上一点的三维坐标；动态功能是通过卫星。
系统，已知三维坐标点，在地面进行实地放样。使用GPS静态
状态定位技术和动力定位技术的结合可以高效准确地使用
完成公路平面控制测量。例如，静态函数用于公路控制测量。
利用该技术进行线形测量的精度完全可以满足公路勘测设计和公众的要求
道路施工的精度要求。以下是GPS测量技术在公路测量中的应用。
本文结合实例介绍了GPS系统在实际工程测量中的应用。
随着国民经济的快速增长，国内高等级公路建设迎来了风口浪尖。
末的发展机遇，这对勘察设计提出了更高的要求，随着公路。
随着设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已经实现了CAD。
有些软件本身也需要地面数字测绘产品的支持；建设
勘察、设计、施工、后期管理一体化数据链，减少数据复制和传输。
进入中间环节是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是
影响高等级公路设计技术发展的瓶颈。当前公路调查
中虽然使用了电子全站仪等先进的仪器设备但传统的测量方法还是有局限性。
由于能见度和作业条件的限制，作业强度大，效率低，大大延长了工期。
设计周期。测量技术的进步在于设备的引进和技术改造。目前，
的技术条件下引进GPS技术应该是首选。目前，使用GPS静态或
快速静态法用于建立沿线总体控制测量，并绘制测量阶段的带状土地。
形成图，为路线平面、纵横断面测量提供依据；在建设阶段，它是桥梁和隧道。
施工控制网的建立只是GPS在公路测量中应用的第一步。
断面和公路测量的技术潜力在于RTK(实时动态定位)技术的应用。
其中，RTK技术在公路工程测量中的应用前景非常广阔。
场景。下面简单介绍RTK技术在公路测量中的应用。
211 RTK定位技术简介
实时动态(RTK)定位技术是GPS测量技术的新发展。
突破在公路工程中具有广阔的应用前景。众所周知，无论是静态还是静态。
位，或者准动态定位等定位方式，由于数据处理的滞后性，是不可能的
很难实时计算定位结果，也无法检查观测数据。
为了保证观测数据的质量，在实际工作中往往需要返工重测。
由粗差引起的不合格观测结果。解决这个问题的主要方法是
延长观测时间以保证测量数据的可靠性，从而降低了
GPS测量的工作效率。实时动态定位系统由参考站和流组成
无线数据通信的建立是实时动态测量的保证，其原理如下
以第一个点精度高的控制点为基准点，安装1台接收机。
作为参考站，卫星被连续观测，移动站上的接收机正在接收卫星。
信号的同时，通过无线电传输设备接收参考站上的观测数据，用
12地质矿产测绘第22卷
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根据相对定位原理，计算机实时计算并显示移动台的三维位置
标准和测量精度。这样，用户可以实时监控待测点的数据观测质量。
量与基线计算结果的衔接，根据待测点的精度指标，确定观测值。
测量时间，从而减少多余的观察，提高工作效率。
实时动态(RTK)定位有两种测量:快速静态定位和动态定位。
模式，两种定位模式的结合，可以覆盖高速公路在公路工程中的应用。
测量、施工放样、监理和GIS(地理信息系统)前端数据采集。
21111快速静态定位模式
GPS接收机需要在每个移动站静态观察。看得见的
在测量过程中，同时接收参考站和卫星的同步观测数据，实时解算整数。
如果求解结果的变化趋于稳定，
且其精度已达到设计要求，实时观测即可结束。通常用于
在控制测量中，如控制网加密；如果使用传统的测量方法(例如全站仪测量)
量)，受客观因素影响较大，在自然条件恶劣的地区实施。
难度更大，RTK快速静态测量可以事半功倍。
单点定位仅需5 ~ 10 min，不到静态测量所需时间的5/5。
一是在公路测量中，可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密。
工作。
21112动态定位
测量前，有必要在控制点观察几分钟(有些仪器只需要
2 ~ 10 s)进行初始化，然后流动站可以按预定的采样室。
自动观测每隔一段时间进行一次，采样与参考站同步观测数据一起实时确定。
点的空间位置。其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在
公路测量阶段具有广阔的应用前景，可以完成地形测绘和打桩。
调查、横断面调查、纵向调查等。并且整个测量过程不需要连接。
视觉具有常规测量仪器(如全站仪)无法比拟的优势。
21113 RTK技术优势
RTK技术主要有以下优点:
1)经可靠性验证的厘米级精度测量结果实时动态显示。
(包括标高)；
2)彻底摆脱粗差带来的返工，提高GPS作业效率。
率；
3)作业效率高，每个放样点只需停留2 ~ 4秒，精度高，效率高。
这一速度是常规测量无法比拟的；
4)应用范围广，可覆盖公路勘测(包括平、纵、横)和施工。
放样、监理、竣工测量、维护测量、GIS前端数据采集等诸多方面；
5)如果有相应的软件辅助，RTK可以与全站仪相结合，充分利用。
RTK和全站仪的优势。
3结论
综上所述，虽然GPS测量技术在公路工程测量中的应用使得
传统的公路工程测量技术有了突飞猛进的发展，但与二者相比，却往往
轨距测量法也有以下缺陷:
1)附着线长度、闭合线长度和节点线之间的长度等规范。
严格的规则。由于公路测量的工作面是狭长的带状，导线较长
很难达到规范要求，经常会出现超标操作。
2)路线测量控制采集的起点一般难以保证。
对于同一个测量系统，国家测量、军事测量和城市控制点经常混在一起，所以会存在这种情况。
系统之间的兼容性问题，如果使用不兼容的起始点，必然会影响测量。
质量。
3)国家大遗址的破坏严重影响调查作业。由于国家基本控制
系统点大部分完成于五六十年代，部分点是因为经济建设。
需求被破坏了，有些点被人的无知人为破坏了。因此
往往很难找到导体的接头测点。这样，线路控制测量的质量就得不到保证。
保证。
4)地面能见度的困难往往影响常规调查的实施。由于通视性
受条件限制，不可能在大范围的密林、密灌、绿色帐篷区实施。
常规控制测量。
相比较而言，GPS测量技术在公路工程测量中具有很大的优势。
和发展前景:
1) GPS运算精度极高。其操作不受环境和距离的限制。
系统，非常适合地形条件困难的地区和地方重点工程区。
2) GPS测量可以大大提高工作质量和成果。它不受人为因素的影响。
元素，整个操作过程由微电子和计算机技术控制，自
动态记录，自动数据预处理，自动平差计算。
3) GPS RTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK可以实时
获得该位置的空间三维坐标。这项技术非常适用于路线、桥梁，
隧道测量，它可以直接进行实时放样，点测等。
4) GPS测量可以大大降低劳动强度，减少野外伐木。
工作量，提高工作效率。
5) GPS高精度高程测量和高精度平面测量一样，都是GPS。
测量应用的重要领域。尤其是目前，高等级公路对山区的重要性逐渐增加。
在丘陵地区发展的形势下，由于这些地区地形条件的限制，往往实行
在水准测量困难的时候，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。
高等级公路测量手段GPS在公路工程测量中的应用
大大提高了测量精度和测量范围。
效率测量，特别是实时动态(RTK)定位技术将用于公路勘测、施工和
在后期维护和管理中具有广阔的应用前景。
【参考】。
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