第一篇：GPS在工程測量中的應用1

GPS在工程測量中的應用

摘 要：簡述了全球定位系統（GPS）的基本結構和測量原理，總結了GPS用于工程測量所具有的特點，介紹了GPS在工程測量中的應用實例。

關鍵詞：GPS；工程測量；應用實例全球定位系統（Global Positioning System，簡稱GPS）是美國從20世紀70年代開始研制的用于軍事部門的新一代衛星導航與定位系統，歷時20年，耗資200多億美元，分三階段研制，陸續投入使用，并于1994年全面建成。GPS是以衛星為基礎的無線電衛星導航定位系統，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領域得到了應用［1］，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領域展開了研究并得到廣泛應用。本文介紹GPS在山區工程測量中的應用，并提出幾點體會。1 GPS簡介1．1 GPS構成GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成。（1）GPS空間衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道平面的傾角為55°，衛星的平均高度為20 200 km，運行周期為11 h 58 min。衛星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續不斷地發送導航定位信號，導航定位信號中含有衛星的位置信息，使衛星成為一個動態的已知點。在地球的任何地點、任何時刻，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛星，最多可達到9顆。（2）GPS地面監控站主要由分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監測站組成。主控站根據各監 測站對GPS衛星的觀測數據，計算各衛星的軌道參數、鐘差參數等，并將這些數據編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發來的導航電文注入到相應衛星的存儲器中。（3）GPS用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備（如計算機）等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤衛星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，經基線解算、網平差，求出GPS接收機中心（測站點）的三維坐標。

1．2 GPS定位原理GPS定位是根據測量中的距離交會定點原理實現的［2］。如圖1所示，在待 測點Q設置GPS接收機，在某一時刻tk同時接收到3顆（或3顆以上）衛星S1、S2、S3所發出的信號。通過數據處理和計算，可求得該時刻接收機天線中心（測站點）至衛星的距離ρ

1、ρ

2、ρ3。根據衛星星歷可查到該時刻3顆衛星的三維坐標（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，從而由下式解算出Q點的三維坐標（X，Y，Z）：1．3 GPS測量的特點相對于常規測量來說，GPS測量主要有以下特點：①測量精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規測量，在小于50 km的基線上，其相對定位精度可達1×10－6，在大于1 000 km的基線上可達1×10－8。②測站間無需通視。GPS測量不需要測站間相互通視，可根據實際需要確定點位，使得選點工作更加靈活方便。③觀測時間短。隨著GPS測量技術的不斷完善，軟件的不斷更新，在進行GPS測量時，靜態相對定位每站僅需20 min左右，動態相對定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化程度越來越高，操作智能化，觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數，接收機即可進行自動觀測和記錄。⑤全天候作業。GPS衛星數目多，且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點連續進行觀測，一般不受天氣狀況的影響。⑥提供三維坐標。GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標，其高程精度已可滿足四等水準測量的要求。2 應用實例2．1 工程概

況本文涉及的工程由某集團公司投資建造，是一個集休閑、娛樂、旅游、渡假等功能于一體的綜合項目。工程位于城郊，占地66．7 hm2多，屬兩山夾一溝地形，山地面積約占三分之二。最高處約90 m。山上樹木茂盛，地形復雜，通視困難，行走不便。為了該工程的設計和施工，需建立首級控制網。考慮到工程復雜，工期較緊，測區通視困難，地形起伏大等因素，決定采用GPS測量。2．2 GPS測量的技術設計（1）設計依據 GPS測量的技術設計主要依據1999年建設部發布的行業標準《城市測量規范》、1997年建設部發布的行業標準《全球定位系統城市測量技術規程》［3］及工程測量合同有關要求制定的。（2）設計精度 根據工程需要和測區情況，選擇城市或工程二級GPS網作為測區首級控制網。要求平均邊長小于1 km，最弱邊相對中誤差小于1／10 000，GPS接收機標稱精度的固定誤差a≤15 mm，比例誤差系 數b≤20×10－6。（3）設計基準和網形 如圖2所示，控制網共12個點，其中聯測已知平面控制點2個（I12，I13），高程控制點5個（I12，I13，105，109，110，其高程由四等水準測得）。采用3臺GPS接收機觀測，網形布設成邊連式。（4）觀測計劃 根據GPS衛星的可見預報圖和幾何圖形強度（空間位置因子PDOP），選擇最佳觀測時段（衛星多于4顆，且分布均勻，PDOP值小于6），并編排作業調度表。

2．3 GPS測量的外業實施（1）選點 GPS測量測站點之間不要求一定通視，圖形結構也比較靈活，因此，點位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性，并顧及后續測量，選點時應著重考慮：①每點最好與某一點通視，以便后續測量工作的使用；②點周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收；③點位要遠離大功率無線電發射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾；④點位應選在視野開闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用；⑤選點結束后，按要求埋設標石，并填寫點之記。（2）觀測 根據GPS作業調度表的安排進行觀測，采取靜態相對定位，衛星高度角15°，時段長度45min，采樣間隔10 s。在3個點上同時安置3臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數據，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關數據，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿。2．4 GPS測量的數據處理GPS網數據處理分為基線解算和網平差兩個階段，采用隨機軟件完成。經基線解算、質量檢核、外業重測和網平差后，得到GPS控制點的三維坐標（見表1），其各項精度指標符合技術設計要求。3 結束語通過GPS在測量中的應用，得到如下體會。（1）GPS控制網選點靈活，布網方便，基本不受通視、網形的限制，特別是在地形復雜、通視困難的測區，更顯其優越性。但由于測區條件較差，邊長較短（平均邊長不到300 m），基線相對精度較低，個別邊長相對精度大于1／10 000。因此，當精度要求較高時，應避免短邊，無法避免時，要謹慎觀測。（2）GPS接收機觀測基本實現了自動化、智能化，且觀測時間在不斷減少，大大降低了作業強度，觀測質量主要受觀測時衛星的空間分布和衛星信號的質量影響。但由于各別點的選定受地形條件限制，造成樹木遮擋，影響對衛星的觀測及信號的質量，經重測后通過。因此，應嚴格按有關要求選點，擇最佳時段觀測，并注意手機、步話機等設備的使用。

（3）GPS測量的數據傳輸和處理采用隨機軟件完成，只要保證接收衛星信號的質量和已知數據的數量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制點三維坐標。但由于聯測已知高程點較少（僅聯測5個），致使的控制點高程精度較低。因此，要保證控制點高程的精度，必須聯測足夠的已知高程點。

第二篇：GPS測繪技術在線形工程測量中的應用

GPS測繪技術在線形工程測量中的應用

摘要：在線形工程測量中，應用GPS測繪技術不但精度有保證，而且方便、快捷，節省人力物力，本文在訴述GPS測繪技術在線形工程測量應用中GPS控制網的布設、外業測、內業差處理的同時，也闡述了各過程易出現的問題及處理方法。

關鍵詞：GPS；長線測量；測繪

隨著測繪技術的發展，GPS測繪技術已廣泛應用于線形工程的方方面面，如道路、管線、長距離輸水、電、氣、油管路勘測等，以前按傳統的控制測量、工程測量控制方法建網觀測，工作量大、測繪時間長、效率低，同時在網形布設、觀測方法、誤差控制等方面都存在一定的問題，再加上線路狹長，周圍控制點少，給測繪工作帶來不便。線形工程中利用GPS測繪技術較好地解決了上述問題。1 GPS線路控制網的布設特點

用GPS技術分級建立線路控制網，線形工程長達數百千米，甚至上千千米，利用GPS技術能很好地解決這一問題，因為其布網形式靈活，與國家高等級點聯測時，其邊長不受限制，點間又不要求通視。控制網呈狹長狀布設，每個閉合環至少含一條數千米的長邊，與相鄰互相通視的短邊點相連，形成混合網。其網圖采用分級布網，具有較高的精度及較高的可靠性，同時保證同級網點精度均勻。另外，高等級控制網統一布設，為次級加密測距導線提供高等級的控制點。2 GPS線路控制網的布設形式 2.1 線路控制網

線路控制網是由多個邊連式、點連式基線形成的異步環構成的混合網。規范規定，每個獨立環或附合路線不超過6條邊（C級平均邊長10~15 km，D級5~10 km），并與國家高等級點聯測。2.2 GPS線路導線

（1）選點靈活，點位基礎堅實穩定，便于安置儀器操作，便于布設通視方向，并能用常規方法擴展與聯測。（2）相鄰點不必都通視，只要有1對相鄰點通視即可。

（3）每條GPS基線向量連同高一級GPS網點的基線向量，構成異步環作以檢核。

（4）線路過長時，若跨多個投影帶，可在分帶交界附近布設一對互相通視的GPS點與國家控制點相連，以使測區內投影長度變形不大于2·5 cm/km。

（5）GPS控制網與附近高等級國家平面控制網點聯測點不應少于3個。當控制網邊長過長時，宜增加聯測點，并使聯測點分布均勻且能控制本控制網。

（6）低等級線路測量自成系統，不與國家高等級點聯測時，其布網方式更加靈活，可采用網（1）作業組嚴格按調度計劃，按規定時間進行同步觀測。

（2）接收機啟動前和作業過程中，應隨時填寫測量平差手簿中的項目、格式及內容。①接收機記錄后，觀測員及時將測站信息記錄于手簿，發現異常，及時報告調度人員，采取相應措施；②接收機記錄后，禁止人員或其他物體觸動天線或遮擋信號，引起信號失鎖；③觀測期間，不得在天線附近50 m內使用電臺，10 m內使用對講機及手機以免干擾；④同一時段觀測過程中，不能將接收機關閉又啟動，進行自測試、改變衛星仰角限、改變天線位置、變換數據采樣間隔，更不能關閉文件或刪除文件等；⑤避免多路徑效應誤差，測站應遠離大面積平靜的水面（水面能反射衛星信號），測站不宜選在山坡、山谷及盆地中，測站宜遠離高大建筑物（阻礙衛星信號）、高壓輸電線及發射臺（塔）等電磁場干擾的地方。3 外業觀測應注意的問題 3.1 觀測計劃線路控制網

編制觀測計劃表，對作業組按計劃表下達作業調度命令。在實際作業中根據情況作出調整，做到統一指揮，協調作業，發現問題，及時解決。3.2 對觀測員的要求

必須熟練掌握GPS接收機性能及作業過程，并能處理外業觀測中可能出現的問題。

3.3 觀測作業過程要求

測量平差手簿中的項目、格式及內容。①接收機記錄后，觀測員及時將測站信息記錄于手簿，發現異常，及時報告調度人員，采取相應措施；②接收機記錄后，禁止人員或其他物體觸動天線或遮擋信號，引起信號失鎖；③觀測期間，不得在天線附近50 m內使用電臺，10 m內使用對講機，以免干擾；④同一時段觀測過程中，不能將接收機關閉又啟動，進行自測試、改變衛星仰角限、改變天線位置、變換數據采樣間隔，更不能關閉文件或刪除文件等；⑤避免多路徑效應誤差，測站應遠離大面積平靜的水面（水面能反射衛星信號），測站不宜選在山坡、山谷及盆地中，測站宜遠離高大建筑物（阻礙衛星信號）、高壓輸電線及發射臺（塔）等電磁場干擾的地方。4 內業平差優化處理 4.1 GPS控制網的邊長精度

GPS網主要用于布設首級平面控制網，每隔數千米布設一對互相通視、邊長在500~1 000 m的埋石點，這樣形成長短邊較懸殊的控制網。為了能有效地檢核外業基線成果，網中必須形成符合網形要求、滿足規范和等級要求的異步閉合環。盡管基線解算符合要求，因邊長過于懸殊（幾百米至幾十千米），若將長短邊一起參與平差，就會降低短邊的精度，影響整網的精度（原因是長邊系統誤差明顯大于短邊系統誤差，長邊絕對誤差比短邊小很多）。4.2 內業平差優化處理

由于上述線路GPS網點位的特點，通過多次實踐提出了一個有效的優化處理方法，將平差處理中形成異步環較長的邊（10 km以上）只作為檢核基線成果的解算，不納入網平差，這樣能提高GPS網點的精度。4.3 基線檢驗具體過程

（1）同步環閉合差檢驗。基線所組成的同步環應進行閉合差檢驗，其閉合差應符合規定：ωx≤n /5σ，ωy≤n /5σ，ωz≤n /5σ，ω≤3n /5σ。其中，ωx、ωy、ωz為坐標分量閉合差；ω為環的全長閉合差；n為閉合環的邊數；σ為相應等級規定的精度。

（2）異步環閉合差檢驗。若干條獨立邊或采用不同數學模型解算的同步邊組成的閉合環，其閉合差應符合規定：ωx≤3nσ，ωy≤3nσ，ωz≤3nσ，ω≤3 3nσ。

（3）重復觀測基線邊的檢驗。重復觀測的基線邊較差應符合規定：ds≤2σ。所有基線解應進行獨立環檢驗，一般情況下網中不得有不參加閉合差檢驗的基線存在。

（4）優化處理。確定待定點傳算路線，在待定點均能解算的情況下，將控制網中形成異步環的較長邊刪除，再進行自由網平差、三維約束平差、二維約束平差。盡管表面上網型類似支導線，基線邊為點連式，但基線已進行過檢核，其解算成果還是可靠的。平差作業中異常問題及處理方法

（1）單一基線解算。方差比、均方差、中誤差、精度因子符合要求，而同步環坐標分量閉合差超限，數值達2×10-4~4×10-4，說明基線外業觀測中存在粗差，通過異步環閉合差檢核，人工剔除含有粗差基線邊。（查基線詳解分析，外業觀測中因電信號干擾或其他情況阻擋信號，導致信號失鎖，引起周跳，而周跳又沒有得到修復引起粗差。）

（2）線路控制網平差。基線解算合格，同步環、異步環檢驗通過，平差成果中仍有幾個點坐標錯誤。檢查外業觀測記錄及存盤數據文件，發現一個測站點在2個觀測時段內賦予了2個測站名，且與以前測站重名，基線邊強制平差，產生粗差。修改測站名，重新平差，結果正確。

（3）線路控制網基線邊檢驗。線路控制網中各基線邊檢驗時，利用自由網平差、三維約束平差、二維約束平差成果發現有一點高程錯1 m左右，檢查基線解算，起算數據及平差過程，沒發現異常，檢查外業觀測記錄、測站信息、儀器高時發現有一站儀器高輸錯1 m，將儀器高更正，重新平差，結果正確。

（4）異常問題處理。采用獨立坐標系時，以線路中任一點坐標起算，按獨立系轉換法平差，平差后發現控制點點位與實際位置反相，出現錯誤，通過檢查發現，二維約束平差時，平差參數的中央子午線經度值錯誤，修復錯誤，重新平差，結果正確。連式、邊連式、點連式或鉸連式（指沿線路方向，布設成具有新結點，同步環與同步環相套）的布網方法。參考文獻：

第三篇：GPS在高速公路測量中的應用

GPS測量的特點

相對于經典測量學來說，GPS測量主要有以下特點：

--測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

--定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100～500公里的基線上可達10-6～10-7。

--觀測時間短。在小于20公里的短基線上，快速相對定位一般只需5分鐘觀測時間即可。

--提供三維坐標。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

--操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。在觀測中測量員的主要任務是安裝并開關儀器、量取儀器高和監視儀器的工作狀態，而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

--全天候作業。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續地進行，一般不受天氣狀況的影響。

GPS測量在公路測量中的應用

公路路線一般處在一條帶狀走廊內。其平面控制測量往往采用導線形式，這包括附合導線、閉合導線、結點導線等導線網形式。對于重要構造物如大橋、特大橋、長大隧道等，也有布設成三角網、線形鎖等形式。

--常規測量方法的缺陷：

1、規范對附合導線長、閉合導線長及結點導線間長度等有嚴格規定，一般對于高等級公路均要求達到一級導線要求。這樣，導線附合或閉合長度最長不得超過10公里，結點導線結點間距不能超過附合導線長度的0.7倍。這種要求一般在實際作業中難以達到，往往出現超規范作業。

2、搜集到的用于路線測量控制的起算點間一般很難保證為同一測量系統，往往國測、軍測、城市控制點混雜一起，這就存在系統間的兼容性問題，如果用不兼容的起算點，勢必影響測量質量。

3、國家大地點破壞嚴重，影響測量作業。由于國家基礎控制點，大多為五六十年代完成，經過30多年，有些點由于經濟建設的需要被破壞，有些點則由于人們缺乏知識遭人為破壞。在這些地區進行路線測量作業，往往在50公里以上均找不到導線的聯測點。這樣路線控制測量的質量得不到保證。

4、地面通視困難往往影響常規測量的實施。一般路線的控制點要求布設在距路線的300米范圍內。由于通視的原因，這一條件難以滿足，甚至在大范圍密林、密灌及青紗帳地區，根本無法實施常規控制測量。

對于長大隧道，特大橋用常規測量有下列局限：

1、長大隧道、特大橋等構造物一般要求測量等級在四等以上。用常規測量方法，往往采用增加測回數，延長觀測時間等費時、費工的方法來設法提高精度。

2、長大隧道、特大橋多為地形復雜困難地帶，進行常規控制測量，為通視和網形，往往砍伐工作量相當大，這樣測設費用很大，作業艱苦。

3、長大隧道及特大橋的控制網高精度及與路線網的低精度銜接，雖說用平差方法可以得到克服，但由于地形條件困難，其聯結的測量工作量很大，且不太方便。實際工作中，構造物的控制測量與路線的控制測量經常出現脫節現象。

利用GPS測量能克服上述列舉的缺陷，并提高作業的效率，減輕勞動強度，保證了高等級公路測設質量。

--GPS測量用于加密國家控制點：

京珠國道主干線粵境高速公路湯塘至廣州北二環段路線長約60公里，所處地形為重丘區，路線設計為6車道。

該段有11個各種系統的平面控制點，經過實地尋找，找出了7個，有4個被破壞，破壞中有2個國家Ⅱ等點。在已找出的的7個控制點中，國家測繪局系統Ⅰ等點1個，Ⅲ等點1個；城市測量系統點2個；總參軍控點3個。這些平面控制點分屬不同測量系統，且等級不同。

為提高京珠國道粵境高速公路湯塘至廣州北二環段測設質量，決定在國家測繪系統基礎進行控制點的加密。加密的控制點布設方案是：沿公路路線每10km布設一對點，該對點相距約1km，且應通視良好。這樣，該段共設了6對GPS加密點，加密點的精度要達到四等控制網的要求。GPS四等網由18個點組成，其網形略圖如圖1。（圖1 湯塘至廣州北二環GPS四等國家大地點加密）

該四等網采用4臺Trimble SE400單頻接收機作業。該機的標稱精度為10mm+2PPm。四等網的觀測時間為90min。數據采樣間隔為15s。

基線預處理采用廠家提供的TrimvecPlus軟件，平差計算采用武漢測繪科技大學編制的GPSADJ Ver2.0軟件包。

通過平差處理，該四等網最弱點位中誤差為4.11cm，平均點位中誤差3.18cm，最弱邊相對中誤差1/27669，平均邊長相對中誤差1/453578。

整個四等網作業僅花4d時間。其效率較常規測量手段至少提高3倍。

在此基礎上，我院同湖北省測繪局、湖南省第二測繪院合作，在京珠國道主干線湖南耒陽廣州花都段進行了近600km的GPS加密國家控制點的測量。該地區路線跨越南嶺山脈，沿線山高深、植被茂盛、地形地貌復雜、通視條件極差。國家一、二等三角點破壞嚴重，測設內可供利用的三角點稀少，在路線走廊范圍內僅找到7個保存完好的國家三角點。

經過平差處理，網中最弱點點位中誤差為4.13cm，最弱邊相對中誤差為1/12.5萬。控制網的各項指標達到甚至超過國家四等網的技術要求。

近600km的GPS控制網，僅用兩個外業組，10個作業員，7臺GPS接收機，約20d的作業時間。若采用常規測量方法在相同人手的情況下，至少需要三個月的時間才能完成。

GPS測量用于隧道控制測量

在京珠國道主干線粵境高速公路翁城縣境內有座靠椅山雙洞直線型平行隧道，初測的左、右洞起訖樁號分別為ZK144+710～ZK147+730，YK144+730～YK147+740。其洞長分別為3020m和3010m。根據《公路隧道勘測規程》中對隧道類別劃分標準，屬公路特長隧道，洞外測量在貫 通面上對貫通誤差影響值限值為±55mm。

靠椅山隧道地處亞熱帶地區，雨量充沛、荊剌叢生，溝深林密，野外作業條件十分艱苦，采用常規方法不僅費時費力，而且選點困難，砍伐工作量大。結合靠椅山地形特征，采用GPS測量，布設了如圖2所示的GPS控制網。

靠椅山隧道控制網由14個點組成，網中最短邊長為100.842m，最大邊長為3597.4m，平均邊長為1104.848m。

采用Wild 200 GPS接收機進行靜態觀測，觀測時間為20～50min，采樣率為10s，共觀測了29條基線向量。

經過平差處理，網中最弱邊相對精度為1/60106，最高相對精度達1/137萬；最弱點位中誤差為±0.83cm。在貫通面上貫通誤差左、右線分別為±0.707cm和±0.693cm。

通過實施GPS測量可看出：GPS測量靈活、方便，能大大節省人力、物力、減少野外砍伐工作量，減少一些不必要的過渡點；具有極高的精度，它完全能達到《公路勘察規程》對隧道測量的要求；較紅外儀導線測量，可提高效率4～5倍。

GPS用于特大橋控制測量

鄂黃長江公路大橋是連結長江兩岸黃岡市和鄂州市的公路特大橋。為便于大橋設計和施工，采用GPS對首選方案Ⅲ、Ⅳ橋位進行Ⅲ等平面控制測量。布網設計方案為雙大地四邊形(如圖3)。垂直于江面的長邊約為1200m，平行于江面的短邊約為500m。雙大地四邊形與兩個國家Ⅱ等以上大地點聯測。

經過平差處理，控制網精度為：最弱點位中誤差1.93cm，最弱邊長相對中誤差1/113000，滿足了Ⅲ等平面控制測量的精度要求。

GPS測量用于導線控制測量京深高速公路河北境高邑至邢臺段地處華北平原，地勢平坦，最大相對高差約20m，平均海拔約50m，境內村莊較多。植被多為小麥及田間行樹。

公路及機耕道密集。

采用三臺Wild 200 GPS接收機進行導線測量，作業方式采用點連接方式，三臺接收機同時作業。作業完后，向前滾動(如圖4)。

?Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示觀測的同步環。

在GPS觀測之前，已作高精度紅外導線測量(EDM)和水準測量。

通過實際測量可以看出：

l GPS觀測時間為7.5min，與常規紅外儀測量相比，時間縮短了約20min，效率為4倍；與全站儀測量相比，時間縮短約8min，效率為2倍。

l GPS導線測量可靠性好，平面精度和高程精度均能滿足高速公路測設的要求。

GPS測量用于攝影測量外業控制點測量

攝影測量一般沿飛行航攝的航線，每隔一定間隔就要在野外實地測量一定數量的平面和高程控制點(如圖5)。野外平高控制點的間隔n按地形類別及所測地形圖的比例尺而定。如1∶2000地形圖，攝影比例尺為1∶10000，間隔n一般為4～6個攝影基線。

常規的野外平高控制點的測量方法是先沿航攝方向布設導線，然后在此基礎上采用支導線方法測定航測象控點。這種方法主要是導線方式測量。

由于航攝面積較廣，對23cm×23cm象幅，1∶10000攝影比例尺，覆蓋范圍為2.3km寬，雙航線覆蓋范圍更寬，在這廣闊范圍內進行導線測量，往往由于實地條件的限制，其作業是相當艱苦的，且工作量大，作業周期長。

在京珠國道主干線粵境高速公路湯塘至廣州北二環段這60km路線的航測外業中，利用4臺TrimbleSE4000接收機，將一臺或兩臺GPS接收機固定于已知點上，其余GPS接收機游動于像控點進行像控點三維坐標測量。全線航測像控點測量僅用5d作業時間。

經過平差處理，像控點平面點位精度達到了優于0.10m的精度，最弱邊相對中誤差為1/43734。

由此可見，GPS測量作航測控制，不僅具有高精度，而且具有極大的靈活性。它改變了逐步控制的測量模式，其效率較常規方法提高5倍以上。

GPS測量用于密林、密灌地區路線控制測量

隨著經濟的發展，高等級公路開始向山區、重丘區嶺區拓展。這些地區人煙稀少，植被茂盛。成片的密林、密灌地區，水平方向通視困難，有時實施常規測量方法幾乎不可能。

在海南中線新建公路海口至屯昌段測設中，自石山至永發鎮約20km，植被覆蓋厚，多為有剌密灌、雜草地，人跡罕見，有多個火山口。這種地區紅外儀導線測量幾乎沒有可能。為提高高等級公路測設質量，采用GPS沿路線每隔2km作一對GPS點，這一對GPS點應保證足夠的水平通視距離。

利用這2km一對的GPS通視點，就可在此基礎上前后各支出不超過1km進行放線測設工作，既保證了測設工作的質量，又大大減少了作業的勞動強度，加快了測設周期。

在海南中線的20km密林密灌測設中，作了11對GPS通視點。采用TrimbleSE4000單頻接收機在每個測站上觀測30min，數據采樣率為15s，作業方法是兩臺接收機處于固定點上，其余接收機游動于密林密灌區的埋設的通視點上。

經過平差處理，這22個GPS點的最弱點位精度為4.95cm，平均點位精度為2.85cm，平均邊長相對中誤差為1/486993。

GPS應用展望

從GPS測量中，可以看出GPS具有很大的發展前景：

首先，GPS作業有著極高的精度。它的作業不受距離限制，非常適合于國家大地點破壞嚴重地區、地形條件困難地區、局部重點工程地區等。

其次，GPS測量可以大大提高工作及成果質量。它不受人為因素的影響。整個作業過程全由微電子技術、計算機技術控制，自動記錄、自動數據預處理、自動平差計算。

第三，GPSRTK技術將徹底改變公路測量模式。RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標。這種技術非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時放樣、中樁測量、點位測量等。

第四，GPS測量可以極大地降低勞動作業強度，減少野外砍伐工作量，提高作業效率。一般GPS測量作業效率為常規測量方法的3倍以上。

第五，GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應用的重要領域。特別是在當前高等級公路逐漸向山嶺重丘區發展的形勢下，往往由于這些地區地形條件的限制，實施常規的幾何水準測量有困難，GPS高程測量無疑是一種有效的手段。

第四篇：GPS在控制測量中的應用前景

試說明GPS在控制測量中的應用前景

一、GPS在城市領域范圍控制測量中的應用研究。為加快鄭州市城市化進程，代寫工程管理碩士畢業論文擴大城市規模，把鄭州建設成為國家區域性中心城市，河南目前正在實施“中心城市群”帶動戰略，要在鄭東新區已經基本成形的基礎上加快推進“大鄭東新區”建設。常規控制測量如三角測量、導線測量，要求點間通視，費工費時，而且精度不均勻。GPS測量無需點間通視且能夠高精度地進行各種控制測量。區域GPS控制網的特點是控制區域有限（或一個市或一個地區），邊長短（一般從幾百米到20km），觀測時間短（靜態定位的幾十分鐘至

一、兩個小時），就其作用而言分為：1）建立新的地面控制網；2）檢核和改善已有地面網；3）對已有的地面網進行加密；4）擬合區域大地水準面。GPS測量技術在區域控制測量中的應用，證明了以下結論：采用GPS技術進行高等級控制網的測量具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便等優點。GPS新技術用于超大城區控制在資金和時間上有明顯優勢。用較短的作業時間達到了預期的目的。為保證按時完成其他測繪工程打下了堅實的基礎。用較少的投入取得了控制面積100km2的測繪成果。用高精度保證了后工序各項成果的數學精度，該項目已順利通過驗收，全部成果質量被評為優。

二、GPS技術在公路測量中的應用前景探討。GPS技術應用于公路測量是公路外業勘測的一項重大技術革命，其應用及開發的前景十分廣闊。尤其是實時動態(RTK)定位技術在公路測量中蘊含著巨大的技術潛力，GPS中的RTK技術在公路測量中的應用及其對公路勘測的巨大推進作用。實時動態(RTK)定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監理和GIS(地理信息系統)前端數據采集。GPS在公路勘測中的應用，對高等級公路的勘測手段和作業方法產生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率，特別是實時動態(RTK)定位技術將在公路勘測、施工和后期養護、管理方面有著廣闊的應用前景。

三、GPS在大地控制測量中的應用。GPS定位技術以其精度高、速度快、費用省、操作簡便等優良特性被廣泛應用于大地控制測量中。GPS網分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度GPS網，這類GPS網中相鄰點的距離在數千公里至上萬公里，其主要任務是作為全球高精度坐標框架或全國高精度坐標框架，為全球性地球動力學和空間科學方面的科學研究工作服務，或用以研究地區性的板塊運動或地殼形變規律等問題。另一類是區域性的GPS網，包括城市或礦區GPS網，GPS工程網等，這類網中的相鄰點間的距離為幾公里至幾十公里，其主要任務是直接為國民經濟建設服務。作為大地測量的科研任務是研究地球的形狀及其隨時間的變化，因此建立全球覆蓋的坐標系統一的高精度大地控制網是大地測量工作者多年來一直夢寐以求的。直到空間技術和射電天文技術高度發達，才得以建立跨洲際的全球大地網，但由于vlbi、slr 技術的設備昂貴且非常笨重，因此在全球也只有少數高精度大地點，直到GPS技術逐步完善的今天才使全球覆蓋的高精度GPS網得以實現，從而建立起了高精度的（在1-2cm）全球統一的動態坐標框架，為大地測量的科學研究及相關地學研究打下了堅實的基礎。GPS網的特點是控制區域有限（或一個市或一個地區），邊長短（一般從幾百米到20km），觀測時間短（從快速靜態定位的幾分鐘至一兩個小時）。由于GPS定位的高精度、快速度、省費用等優點，建立區域大地控制網的手段我國已基本被GPS技術所取代。就其作用而言分為建立新的地面控制網；檢核和改善已有地面網；對已有的地面網進行加密；擬合區域大地水準面。

第五篇：實時GPS測量在公路工程中的應用

在GPS測量中，影響觀測精度的主要誤差可分為以下三類：

一、與GPS衛星有關的誤差

與GPS衛星有關的誤差主要包括衛星的軌道誤差和衛星鐘的誤差衛星鐘差

由于衛星的位置是時間的函數，因此，GPS的觀測量均發精密測時為依據，而與衛星位置相對應的信息，是通過衛星信號的編碼信息傳送給接收機的。在GPS定位中，無論是碼相位觀測或是載波相位觀測，均要求衛星鐘與接收機時鐘保持嚴格的同步。實際上，以盡管GPS衛星均設有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘），但是它們與理想的GPS時之間，仍存在著難以避免的偏差和漂移。這種偏差的總量約在1ms以內。對于衛星鐘的這種偏差，一般可由衛星的主控站，通過對衛星鐘運行狀態的連續監測確定，并通過衛星的導航電文提供給接收機。經鐘差改正后，各衛星之間的同步差，即可保持在20ns以內。

在相對定位中，衛星鐘差可通過觀測量求差（或差分）的方法消除。

2衛星軌道偏差

估計與處理衛星的軌道偏差較為困難，其主要原因是，衛星在運行中要受到多種攝動力的復雜影響，而通過地面監測站，以難以充分可靠的測定這作用力，并掌握它們的作用規律，目前，衛星軌道信息是通過導航電文等到的。

應該說，衛星軌道誤差是當前GPS測量的主要誤差來源之一。測量的基線長度越長，此項誤差的影響就越大。

在GPS定位測量中，處理衛星軌道誤差有以下直種方法:

1)忽略軌道誤差

這種方法以從導航電文中所獲得的衛星軌道信息為準，不再考慮衛星軌道實際存在的誤差，所以廣泛的用于精度較低的實時單點定位工作中。

2)采用軌道改進法處理觀測數據

這種方法是在數據處理中，引入表征衛星軌道偏差的改正參數，并假設在短時間內這些參數為常量，將其與其它求知數一并求解。

3)同步觀測值求差

這一方法是利用在兩個或多個觀測站一同，對同一衛星的同步觀測值求差。以減弱衛星軌道誤差的影響。由于同一衛星的位置誤差對不同觀測站同步觀測量的影響，具有系統誤差性質，所以通過上述求差的方法，可以明顯的減弱衛星軌道誤差的影響，尤其當基線較短時，其效用更不明顯。

這種方法對于精度相對定位，具有極其重要的意義。

二 與衛星信號傳播有關的誤差

與衛星信號有關的誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應電離層折射的影響

GPS衛星信號的其它電磁波信號一樣，當其通過電離層時，將受到這一介質彌散特性的影響，便其信號的傳播路徑發生變化。當GPS衛星處于天頂方向時，電離層折射對信號傳播路徑的影響最小，而當衛星接近地平線時，則影響最大。

為了減弱電離層的影響，在GPS定位中通常采用下面措施

(1)利用雙頻觀測

由于電離層的影響是信號頻率的函數，所以利用不同頻率的電磁波信號進行觀測。便能多確定其影響，而對觀測量加以修正。因此，具有雙頻的GPS接收機，在精密定位中測量中得到廣泛的應用。不過應當明確指出，在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動的異常期，應盡量避免觀測。在尤其是精密定位測量。

(2)利用電離層模型加以修正

對于單頻GPS接收機，為了減弱電記屋的影響，一般是采用導航電文提供的電離層模型，或其它適合的電離層模型對觀測量加以修正，但是這種模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率約為75％。

(3)利用同步觀測值求差

這一方法是利用兩臺或多臺接收機，對同一衛星的同步觀測的求差，以減弱電離層折射的影響，尤其當觀測站間的距離較近時（<20km)，由于衛星信號到達各觀測站的路徑相近，所經過的介質狀況相似，因此通過各觀測站對相同衛星信號的同步觀測值求差，便可顯著的減弱電離層折射影響，其殘差將不會超過0.000001。對于單頻GPS接收機而言，這種方法的重要意義尤為明顯。

2對流層折射的影響

對流層折射對觀測值的影響，可分為干分量與濕分量。干分量主要與大氣的濕度與壓力有關，而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度有關。對于干分量的影響，可通過地面的大氣資料計算；濕分量目前尚無法準確測定。對于輸送短的基線(<50km)，濕分量的影響較小。

關于對流層折射的影響，一般有以下幾種處理方法：

(1)定位精度要求不高時，可不考慮其影響。

(2)采用對流層模型進行改正；

(3)采用觀測量求差的方法。與電離層的影響相類似，當觀測站間相距不遠(<20km)時，由于信號通過對流層的路徑相近，對流層的物理特性相近，所以對同一衛星的同步觀測值求差，可以明顯的減弱對流層折射的影響。

3多路徑效應影響

多路徑效應亦稱多路徑誤差，是指接收機天線除直接收到衛星發射的信號外，還可能收到經天線周圍地物一次或多次反射的衛星信號，信號疊加將會引起測量參考點（相位中心點)位置的變化，從而便觀測量產生誤差，而且這種誤差隨天線周圍反射面的性質而異，難以控制。根據實驗資料表明，在一般反射環境下，多路徑效應對測碼偽距的影響可達到米級，對測相偽距的影響可達到厘米級。而在高反射環境下，不僅其影響將顯著增大，而且常常導致接收的衛星信號失鎖和使載波相位觀測量產生周跳。因此，在精密GPS導航和測量中，多路徑效應的影響是不可忽視的。

目前減弱多路徑效應影響的措施有：

(1)安置接收機天線的環境，應避開較強的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。

（2）選擇造型適宜且屏蔽良好的天線等。

（3）適當延長觀測時間，削弱多路徑效應的周期性影響。

(4)改善GPS接收機的電路設計，了減弱多路徑效應的影響。

三、接收設備有關的誤差

與GPS接收機設備有關的誤差主要包括觀測誤差，接收機鐘差，天線相位中心誤差和載波相位觀測的整周不定性影響。觀測誤差

觀測誤差包括觀測的分辨誤差及接收機天線相對于測站點的安置誤差等。

根據經驗，一般認為觀測的分辨誤差約為信號波長的1%。故知道載波相位的分辨誤差比碼相位不小，由于此項誤差屬于偶然誤差，可適當地增加觀測量，將會明顯地減弱其影響。

接收機天線相對于觀測站中心的安置誤差，主要是天線的置不與對中誤差以及量取天線高的誤差，在精密定位工作中，必須認真，仔細操作，以盡量減小這種誤差的影響。接收機的鐘差

盡管GPS接收機高有高精度的石英鐘，其日頻率穩定度可以達到10的-11方，但對載波相位觀測的影響仍是不可忽視的。

處理接收機鐘差較為有效的方法是將各觀測時刻的接收機鐘差間看成是相關的，由此建立一個鐘差模型，并表示為一個時間多項式的形式，然后在觀測量的平差計算中統一求解，得到多項式的系數，因而也得到接收機的鐘差改正。載波相位觀測的整周未知數

載波相位觀測上當前普遍采用的最精密的觀測方法，由于接收機只能測定載波相位非整周的小數部份，而無法直接測定開波相位整周數，因而存在整周不定性問題。

此外，在觀測過程中，由于衛星信號失鎖而發生的周跳現象。從衛星信號失鎖到信號重新鎖定，對載波相位非整周的小數部分并無影響，仍和失鎖前保持一致，但整周數卻發生中斷而不再連續，所以周跳對觀測的影響與整周未知數的影響相似，在精密定位的數據處理中，整周未知數和周跳都是關鍵性的問題。4 天線的相位中心位置偏差

在GPS定位中，觀測值是以接收機天線相位中心位置為準的，因而天線的相位中心與其幾何中心理論上保持一致。可是，實際上天線的相位中心位置隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化，即觀測時相位中心的瞬時位置（稱為視相位中心）與理論上的本單位中心位置將有所不同，天線相位中心的偏差對相對定位結果的影響，根據天線性能的優劣，可達數毫米至數厘米。所以對于精密相對定位，這種影響是不容忽視的。

在實際工作中，如果使用同一類型的天線，在相距不遠的兩個或多個觀測站上，同步觀測同一組衛星，那么便可通過觀測值求差，以削弱相位中心偏移的影響。需要提及的是，安置各觀測站的天線時，均奕按天線附有的方位標進行定向，使之根據羅盤指向磁北極。