GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性

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摘要：GPS技术以距离交会法为核心在工程测量中展现出高效、准确、自动化、全天候作业等优势，但近年来随着应用愈发广泛技术局限性也愈发突出，因此，应通过规范操作、准确定位、科学分析、误差控制等优化GPS技术的应用，打破技术局限，提高测量精准性。

关键词：GPS技术;工程测量;应用现状;局限性

引言：现代工程测量要求与内容日益复杂，精准测量是后续工作顺利进行的基础与前提，而GPS技术因优势突出能够有效解决以往工程测量中效率低、精度差现状，被广泛应用到工程测量环节，但随着诸多高层建筑的兴建，GPS技术在使用中接收信号受到影响，从而暴露出缺陷。为此，探究GPS技术在工程测量中的实际应用，总结缺陷与弊端，能够为打破局限提供合理的意见。

1 GPS技术的应用原理

GPS技术具有丰富内涵，涉及物理、化学、计算机、自动控制、力学、微电子学等多学科知识，在工程测量过程中，能够随时随地提供准确的位置信息服务。其技术核心为距离交会法，通过卫星装置接受传递的卫星信号，经过转换处理后获取位置信息，可获得关于位置的三维立体坐标[1]。具体来讲，工程测量信息的获取通过静态与动态相对定位技术完成，其中前者基于同步观测目标实现对地面多台接收装置的控制获取测量信息，观测时间通常为45min左右，测量结束后由专业人员对接收信号进行处理，其相对简单、操作方便;后者则具有一定复杂性，其通过测定GPS卫星与接收装置天线间的记录作为基本观测量，再通过已知卫星顺时坐标确定在协议地球坐标系统当中接收机天线的对应点位位置，其具备用户多样性、定位实时性、速度多异性等多种特点，随着对工程测量要求精度的提高，动态相对定位的应用更为广泛[2]。

2 GPS技术的优、劣势

2.1 优势

2.1.1 效率高

动态相对定位技术的不断优化与改进使GPS定位技术效率明显提高，若观测20km以内基线，单频与双频接收机测量时间分别为60min、15～20min，而应用动态相对定位技术，流动站内完成初始化观测仅需1～5min，因此，效率高成为GPS技术更为突出的优势，对提高测量效率有着重要意义[3]。

2.1.2 功能全

GPS技术在工程测量中，能够利用动态三维位置连续获取工程位置的关键信息，且获取的时间信息以及三维速度信息能够更全面的获取测绘点位情况，提高测量工作有效性。

2.1.3 自动化

测量过程中应用智能型接收机，可实现仪器设备的有效设置，完成自动观测、自动传输、自动处理、自动捕捉、自动记录等工作，且能够根据观测任务状态，自动关闭电源，有效提高操作效率。

2.1.4 精度高

GPS技术在工程测量中应用，能够使所获结果精度达到毫米级，且在基线向量的测量精度上更显著高于其他测量技术。

2.1.5 全天候作业

GPS技术对作业时间区段无特殊要求，全天候24h内可实现连续作业;且在任何天气情况下均适用，天气对现场控制网建立、观测点布设均无直接影响，从而彻底摆脱环境条件对工程测量的局限。

2.2 劣势

随着GPS技术在工程测量中的广泛应用，其劣势也进一步凸显，如在测量封闭或狭窄区域时无法正常使用，其定位精度会受到地形条件的限制;且随着城市内高层建筑的日益增多，会遮挡GPS信号，无法保障观测连续进行;加之组织复杂、对测量软硬件设备要求高，一旦出现技术不达标情况，将直接导致测量结果失真。

3 GPS技术的应用现状

目前，在工程测量领域中，仅能在工程结束后使用GPS技术进行检测工作，当发现问题时已错过处理问题的最佳时机;且完工后出现的问题，通常具有较高风险，但GPS技术应用中因遮挡信号、地形等条件等因素的影响，导致问题被忽略，将为工程遗留重大安全或质量风险。同时，因工程测量工作的复杂性，全面获取精准测量结果需要大量的时间以及人力作支撑，但目前对工程测量的基本要求则是高效率、低成本，为缩短测量时间，经常在应用GPS技术时出现不规范、不合理的操作，均影响测量结果精准性。

4 GPS技术的应用优化

4.1 测绘点选择

利用GPS技术展开工程测量之前，需要合理选择测绘点，测绘点布设位置需要满足以下条件：方便安装接收装置以及测量设备，拥有良好的视野，尽量避免在视场范围内出现障碍物，且高度角应控制在≯15°内;远离周边存在的大功率无线电发射源以及高压输电线等，应保持合适距离，避免对测量产生干扰，其中要求与大功率无线电发射源的间隔≮200m、与高压输电线的间隔≮50m，也不得在测绘点附近出现卫星信号发射物件，强烈的卫星发射信号也会影响测量精度;测绘点所处位置及周围地面具有较强稳定性，能够长时间保存标石;测量过程中可以利用已存在的测绘点[4]。

4.2 RTK碎部测量

RTK技术在采用GPS进行工程测量过程中主要负责实时处理两个测量站存在的载波相位观测量差分，其工作原理如图1所示，能够在一定程度上摆脱地形条件对技术的局限。应用过程中可由1个人进行测图，采用手持安置流动站，保障天线对中杆处于碎步点上即可，通常在测量范围相对空旷的区域，可在几秒内完成数据采集以及达到固定解。且RTK技术应用过程中可以直接对地形特征点进行测量，测量中所获数据信息自动传回成图软件当中，经过数字化技术处理对点位情况进行描述;但在这个过程中RTK所采集的测量点均属于高程点，在采集进行中需要同步绘制草图，并按照序号顺序记录碎步点，进入到内业环节时，需先转换观测数据文件格式，使其能够传回成图系统，在通过数字化技术转化数据信息，利用线型或符号描绘测量点位，形成测绘位置的地形图，为了节省时间，测量过程中尽量按照地物类型差异展开分类测量。但在屋角坐标测量过程中不能直接采用RTK技术，且在GPS卫星信号被遮挡过程中，测绘期间数据链传输将受到较大干扰，达到固定解的时间也会有所延长。目前虽然利用RTK技术弥补了工程测量中一部分技术缺陷，但也存在新的局限难以破解。

4.3 静态数据处理

测量中也涉及到大量静态数据的处理，需要将观测中所获数据传输至系统的存储空间内，由观测人员完成分流，要求必须准确记录原始内容，正确解码后，对数据进行分类，剔除无实际价值的数据，再对剩余数据展开统一处理，形成标准的文件格式;相位观测值的处理过程中，由于测量环节多、探索工作多，应进行载波修正与恢复，确保数据的精准性。此外，还需注意仪器高与测绘点名称，由于接收机型号不同转换期间必须保障形成统一的格式;在基线结算过程中，由于基线是组成控制网的基础，对精度有着直接决定性影响，应按固定时段或天结算，以便及时处理观测效果上出现的问题，确保最终汇总结算结果精准性;处理过程中也需要认真检查基线、同步环、异步环数据是否满足检核要求，严禁超规范，且若出现误差大或不合格基线，重新结算未能处理，则应舍弃。

4.4 建立控制网

在工程测量中控制网主要发挥基本保护效用，促进测量工作以及安全检查的顺利进行。因此，控制网必须符合测量项目的实际情况，且精度达标，目前行业以及国家规范中提出控制网的建立应遵循分级布网、逐级控制原则。为保障控制网型合理、精度达标，需通过RTK技术观测标石埋设位置，认真核算，严格控制网平差的出现。例如，在道路勘探中建立控制网，为能体现出技术优势，结合道路横向相对狭窄的特点，可通过GPS观测点构成长的三角锁导线，并利用长距离线路坐标，避免控制网精度受到其他因素干扰。

4.5 图形设计与误差控制

GPS网的图形设计具有一定难度与复杂性，由于存在诸多限制性或干扰性因素，导致设计与实际情况出现偏差，因此，还需从整体角度考虑，对图形设计过程中相关的要素进行罗列，综合分析，确保交通、设备、卫星等各方面因素与条件均符合用户要求;且必须保障GPS网结构的规范性，要求观测站在观测每个点过程中必须达到标准要求时间、次数。而由于测量内容、测量环境复杂，误差问题频繁出现，也是GPS技术的局限之一，从误差出现的原因来看，通常由电离层折射、多路径、卫星轨道等因素所致，因此，在测量过程中尽量减少单频观测，通过双频或同步观测完成测量工作，并修正电离层模型;合理选择观测站点，避免多路径导致卫星信号出现方向上偏差或反射情况;并利用GPS追踪网准确确定卫星轨道，跟踪站坐标精度应控制在0.1m以上，也可利用强约束全球站松弛轨道通过采取加权约束基准措施实现相对坐标值精度达到厘米级，避免卫星轨道所致误差。

4.6 数据记录与处理

在工程测量中，放样测量、控制点测量、地形图绘制均需要详实记录整个测量过程，并且通过分析获取的数据信息获得测量结果，因此，要求记录与处理期间应规避差错。通常可将获取的数据分为三种类型，第一种为观测数据，以原始观测数据以及测站数据为主，需要及时填写，保障格式准确、内容无误;第二种为测量手薄，记录过程中均要使用统一规定的铅笔，但不得出现涂改、刮痕、追记情况，其中还涉及到电子手薄，主要用于外业观测过程中，产生的数据要做好备份，避免丢失;第三种为其它记录，要求及时、完整、标准记录。

结束语：

综上所述，与其他工程测量手段相比，GPS技术在精度、效率方面有着不可比拟的优势，但也应正确认识GPS技术存在的缺陷，并通过规范操作、合理改善环境条件、优化改进技术等方式，使信号接收、通讯方面存在的局限得以控制，进而提高测量结果精准度。

参考文献：

[1]王玉晴.GPS测量技术在工程测量中的应用[J].产业创新研究，2021（20）：142-144.

[2]王璞.GPS技术在建筑工程测量中的应用论述[J].冶金管理，2021（13）：97-98.

[3]李山军.探析GPS测量在水利水电工程测量中的应用[J].珠江水运，2021（13）：56-57.

[4]韦伟松.GPS测量技术在工程测量中的实践研究[J].工程技术研究，2021，6（06）：106-107.