gps技术在工程测量中的应用

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1、GPS技术在工程测量中的应用1概述   20世纪80年代以来，随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的CPS技术所代替，同时定位范围己从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间；定位方法己从静态扩展到动态；定位服务领域己从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响，它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量学、地球

2、物理探测、资源勘探、航空与卫星遥感、地下工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了卫星定位技术的高精度和高效益。2GPS测量的基本原理与方法2．1GPS测量的基本原理   测量学中的交会法测量里有一种测距交会确定点位的方法。与其相似，GPS的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。简言之，GPS定位原理是一种空间的距离交会原理。设想在地面待定位置上安置GPS接收机，同一时刻接收4颗以上GPS卫星发射的信号。通过一定的方法测定这4颗以上卫星在此瞬间的位置以及它们分别至该接收机的距离，据此利

3、用距离交会法解算出测站P的位置及接收机钟差δt。 图3-1GPS定位原理   如图3-1，设时刻ti在测站点P用GPS接收机同时测得P点至四颗GPS卫星S1、S2、S3、S4的距离ρ1、ρ2、ρ3、ρ4，通过GPS电文解译出四颗GPS卫星的三维坐标，用距离交会的方法求解P点的三维坐标(X,Y,Z)的观测方程为： 式中的c为光速，δt为接收机钟差。2．2GPS定位方法分类利用GPS进行定位的方法有很多种。若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为（1）绝对定位。即在协议地球坐标系中，利用一台接收机来测定该点相对于协议地球质心的位置，也叫单点定位。这里可

4、认为参考点与协议地球质心相重合。GPS定位所采用的协议地球坐标系为WGS-84坐标系。因此绝对定位的坐标最初成果为WGS-84坐标。（2）相对定位。即在协议地球坐标系中，利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置。也就是测定地面参考点到未知点的坐标增量。由于星历误差和大气折射误差有相关性，所以通过观测值求差可消除这些误差，因此相对定位的精度远高于绝对定位的精度。按用户接收机在作业中的运动状态不同，则定位方法可分为（1）静态定位。即在定位过程中，将接收机安置在测站点上并固定不动。严格说来，这种静止状态只是相对的，通常指接收

5、机相对与其周围点位没有发生变化。（2）动态定位。即在定位过程中，接收机处于运动状态。GPS绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种方式。即动态绝对定位、静态绝对定位、动态相对定位和静态相对定位。若依照测距的原理不同，又可分为测码伪距法定位、测相伪距法定位、差分定位等。 3GPS技术应用的优点 3．1用途广泛    GPS技术可以应用于国民经济的各个领域，对于测绘工作者而言，GPS定位系统己应用：大地测量，地壳板块运动监测，建立各种工程监测网和进行各种工程测量等。GPS技术在工程测量中的应用有着广泛的前景，特别是自动变形监测系统、工程施工的自动控

6、制系统是未来应用研究的重要方。 3．2自动化程度高    用GPS接收机进行测量时，仅需一人将天线准确地安置在测站上，量测天线高，接通电源，启动接收单元，仪器即自动开始工作，在结束测量时只需关闭电源，接收机便完成野外数据采集，若在一个测站上需要作长时间的连续测量，还可实行无人值守的数据采集，通过数据传输，将所采集的定位数据传输到数据处理中心，实现自动化的GPS测量和计算。 3．3定位精度高    短距离(15公里以内)精度可达毫米级，中、长距离(几十公里甚至几百公里)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

7、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1mm左右。 3．4全天候实时动态观测    应用GPS定位、导航，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。 3．5可消除或削弱系统误差的影响     在变形监测中我们关注的是两期的变形量，而不是变形监测点本身的坐标，两期变形监测中所含的共同的系统误差虽然只会分别影响两期的坐标值，但却不会影响所求得的变形量。即在变形监测中，接收机天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果

8、，只要天线在监测过程中能保持固定不动即可。 4GPS在工程测量中的应用特点 4．1建立工程控制网     工程控制网是工程