工程测量中GPS测绘技术的应用研究

摘要

过去，传统的测绘工作受自然环境因素影响很大，大多是人工进行的，工作量大，难度系数高，在实际的测绘过程中需要大量的人力和时间，测绘结果准确性不高。随着现代科技的不断发展和创新，GPS技术在许多领域都取得了良好的应用效果，提高了工程测绘精度的精度，进一步提升了工程建设的工程建设质量水平。因此，相关人员应该充分意识到GPS测绘技术在工程质量管理中发挥出的重要作用，积极将其融入工程测绘之中，从而保证工程施工建设能够顺利开展。基于此,GPS测绘技术被广泛应用于工程测绘中。本文简要介绍了GPS测绘技术,从三个方面分析了全球定位系统测绘技术在工程测绘中的优势,最后探讨了GPS测绘技术在工程测绘中的特殊应用,以提高工程测绘的精度和效率,促进工程建设质量,希望为广大行业提供一些参考。

关键词：工程测量GPS测绘技术应用研究

　第1章绪论

　　1.1研究背景

GPS全球定位系统应用是测量学领域领域的一场深刻革命。它具有全天候、高精度、高效率等优点，已成为现代测绘工作中不可缺少的一种手段，并正在被越来越多的国家所采用。GPS技术不仅主导着测量领域，这无疑将促进工程测设技术的快速发展。工程测设技术包括两方面。即测量技术和设计技术。20世纪，随着测量技术和计算机的飞速发展，工程测设技术也发生了根本性变化。工程测技术的发展回顾可分为四个阶段.简单时期是人类社会生产力水平较低、交通工具单一的时期，道路的功能主要是行人、车辆的运输，还有一些军事上的需要，因为测量技术比较落后，道路测设技术比较简单。现代发展的开端是在十七世纪发明了望远镜。随着科学技术的进步和交通运输事业的飞速发展，特别是电子信息技术和计算机技术的出现与广泛应用，使得测绘科学发生了重大变革。由于望远镜的发明，测量技术向前迈进了一大步，西方发达国家相继生产了水准仪、经纬仪等测量仪器，并将其应用于道路测设，在道路设计中，也逐渐引入了标高、坡度的概念。随着科学技术的不断发展，特别是以电子计算机为代表的现代测绘新技术出现后，工程测设技术才有较大进步，并逐步走向成熟。从简单时期向复杂时期转变。进而发展成为一种较为全面的设计理论和方法。第二次世界大战期间，由于汽车工业的发展和军事的需要，道路测设技术得到了全面发展，随后计算机技术也得到了迅速的发展。特别是电子计算机的广泛应用，使得道路工程测绘成为可能。第二次世界大战后，世界各国都把道路勘测与规划作为一项重要任务来抓，并取得显着成效。而我国在20世纪90年代才开始重视并推广这项新技术，但由于起步较晚，因此与国外相比还存在很大差距。目前，中国数字化测绘技术体系初步形成，全国已建成7个数字高程模型DEM测绘基地，3S技术得到快速发展和推广。路由CAD技术正在集成化、智能化发展。数字测图技术与智能CAD的结合，使工程测设技术达到了现代化水平。

　　1.2研究意义

GPS技术在多个领域取得了良好的应用效果,使工程测绘精度得到有效提升,进一步推动了工程建设质量水平的提高。GPS监测系统代替传统的监测手段，其高精度、自动化、全天候实时等特点，集合新一代信息技术，对于现代工程测绘具有重要意义。

　1.3国内外研究现状

刘崇(2013)重点介绍探讨了现代GPS-RTK技术和在工程控制自动化测量工程中的重要应用,指出了GPS-RTK设备具有大幅度提高作业自动化效率、定位检测精度高、作业系统自动化可靠程度比较高、集成化可靠程度更高、操作相对简单、数据处理应用能力要求较高强等特点。史俊莉(2013)详细介绍分析了实时动态差分GPS定位的基本系统及组成部件和相关工作原理,并着重将其研究成果与现代城市自动控制与测量仪器中相关的具体应用及实例等进行做了充分结合。将该RTK技术应用与国外传统控制测量新技术如在一、二级导线的测量中和在四级导线测量方法中的广泛应用方法进行分析了综合比较,对导线平面位置和导线高程等测量基准数据分别进行了统计与分析,结果研究表明采用该新型RTK技术后完全可以能够基本满足国外常规的控制导线测量技术测量基准精度等级的要求。刘子路(2008)详细研究分析了现代GPSRTK接收机的一些基本原理,讨论解决了有关GPSRTK系统在工业控制自动化测量工程中遇到的技术应用基础问题,分析评价了现有GPSRTK接收器的关键技术特性,并初步通过对GPSRTK接收器的一些实际性能观测实验获得大量了应用工程技术实践数据。王丽娟（2014）利用某工程实测资料，通过建立模型计算出不同时段内控制点的坐标变化值；根据计算结果确定各监测点的最佳观测时间及点位布设位置。结果表明，GPSRTKGPSRTK技术能够满足控制测量精度的要求，具有较高的精度和精度可靠程度。毕春华(2012)结合广州市罗港1:500数字地形图测量项目，介绍了GPSRTK技术在数字化图根控制测量中的应用。王庆华（2014）研究分析基于GPS-RTK定位的数字地形图测图方法及流程。采用GPSRTK技术进行图根控制测量，作业强度低，效率高。与传统的控制测量相比，GPSGPS-RTK测量效率高、定位精度高、数据安全可靠。刘小玲（2007）阐述了RTK技术RTK技术施工控制测量控制测量中的可行性和优越性。王玉柱(2009)说，与传统的控制测量方式控制测量方法传统知识在控制一级控制点测量方面不需要建立一个相互通视网络。章如芹（2014）指出，由于外部因素或接收机质量问题造成周跳在处理超过10周的数据时，会严重影响观测值的准确性。李春林（2012）总结分析当前国内一些高校测绘专业开设《GPS/DR测设工程》课程存在的问题。张建伟（2011）提出了一种新的基于移动终端的自动测距算法。姚排(2004)一文通过作者大量生动的操作实例描述和通过作者大量的工程实践及观测资料时段分析论证探讨了快速静态定位测量软件在GPS控制网络部署设计中的应用。王立军(2011)总结出基于RTK技术的三维立体测绘流程。主要内容为:1.理论基础;2.数学模型建立;3.误差来源及改正数计算。高群(2010)一文重点系统介绍与阐述介绍了基于动态全球卫星同步定位卫星系统的测量中的动态GPS定位卫星测量相对应于静态定位系统的工作原理方法特点和基于动态全球卫星同步定位的卫星系统的测量应具有的其他若干重要优点,以及基于静态全球卫星同步定位的卫星测量系统及其在校园静态的GPS卫星全球卫星同步定位的卫星测量系统中的测量数据处理或在实验测量数据处理技术中的具体方法的具体实践应用,包括了测点坐标位置的快速准确的选择、布网、外业遥感观测数据定位和内业数据处理和定位计算等的许多最基本而系统可靠的测绘技术方法。纪德生(2012)论文主要研究分析了阐述介绍了现代静态GPS技术方法的若干主要学科组成及体系构成和研究工作方法基本原理,以及现代静态GPS测量控制和测量方法研究的方法若干重要优点,阐述与总结介绍了计算机在现代静止GPS静态测量控制测量和测量的精度计算和质量控制计算方面科研中取得的典型应用。

第2章GPS技术原理

　　2.1 GPS系统的组成

GPS(GlobalPositioningSystem)是X研制的导航、授时和定位系统。GPS系统主要是由三个系统构建而成，第一部分就是由主控站以，天线，监测站以及相关的的通信辅助的系统所构成的地面控制的部分，其中对于主控站其主要的工作包含了，管理和协调的工作，天线是负责将控制信号向卫星发送，监测站主要是对卫星返回的数据进行自动的收集整理。第二部分属于空间上布置，机整个系统由数十颗卫星构成，分别在6个不同的轨道上运行；第三部分为用户装置，由接收器和以及相关的天线装置构成。GPS系统中的卫星为24个，其中21颗常用卫星和三个备用构成，各自运行在六个相对于地球赤道线五十五读的类圆卫星轨道上，其中每个轨道上均搭载了四颗距离地球地面平均高度在两万千米的高度的卫星，其运行的周期为十二个标准的恒星时间。该系统可以实现全球的全面覆盖，并保证在同一地点和时刻在地面可以观测到不少于四颗的卫星。

　2.2 GPS测量的坐标系统

（1）WGS-84坐标系

WGS-84目前是GPS系统所采用的一种坐标系统，其是在1987年由X国防部牵头并进行制作的目的是未来取代上一代WGS-72系统。由于WGS-84是以地球地心为中心的的坐标系系统且三个坐标方向XYZ均满足右手定则，其相关参数下如表2-1所示。

（2）1954北京坐标系

1954背景坐标系是在我国应用最为多的测量坐标系。由于受到苏联的影响，背景坐标系是参考1942苏联的普尔科夫坐标系进行设定的。由于在1949年前，当时的中国还未有统一的大地坐标，因此在1949年后受到苏联方面的建议，并考虑我国的自身情况构建了1954北京坐标系其中相关参数下如表2-1所示。

（3）1980年西安大地坐标系

在上世纪七十年代，我国准备开始重新的对大地坐标系进行规划，并建立了新的坐标系统即1980西安坐标系。该坐标系采用的地球椭球参数采用了IAG1975年的推荐值，它们是：a=6378140mf=1/298.257。相关参数下如表2-1所示

椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0JYD地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准。

（4）站心地平直角坐标系

这种坐标系是以观测站P在地球参照的椭球法线为Z轴，其中X轴为子午线和大地的交线，而Y轴是大地平行圈东端与大地地平面交线，由这XYZ进而构建出以站点为中心的直角坐标系。这种方法和测区可以很好的进行结合，使得经常被用到。

　2.3 GPS工作原理

GPS系统主要是由三个系统构建而成，第一部分就是由主控站以，天线，监测站以及相关的的通信辅助的系统所构成的地面控制的部分，其中对于主控站其主要的工作包含了，管理和协调的工作，天线是负责将控制信号向卫星发送，监测站主要是对卫星返回的数据进行自动的收集整理。第二部分属于空间上布置，机整个系统由数十颗卫星构成；第三部分为用户装置，由接收器和以及相关的天线装置构成。三个部分相互独立又能组合进而形成一个系统。要实现静态GPS测量系统,GPS系统至少需要两台接收机同步观测,记录的数据用软件进行事后处理可得精密坐标系统的基线向量,经过平差、坐标转换等工作,才能求得未知的三维坐标。现场无法求得结果,不具备实时性。要实现GPS系统进行动态测量，就需要将所有的的卫星的数据以及基准站点信息利用无线电进行传递到流动站，使得流动站在接受基站传递的卫星信息的同事还要去接受卫星所发射的信息。进而在流动站点实现初始化任务后，利用控制器将原有的观测到的信号完成差分处理，这样就得到了观测物体所在的具体动态坐标。

　2.4 GPS的特点

GPS技术自问世以来，由于能够实现全天候和高度精确的自动化测量，在测量领域享有巨大的优势。

（1）灵活选择

在传统的大地测量过程中，点与点之间需要有一个良好的通视环境，形成良好的图形结构，这就使得点的选择问题一直是测量中的难题，但对GPS定位的要求较低，即没有透视或图形结构不严，使得点的选择相对容易。

（2）精度高

GPS定位可以控制108KM距离的精度，100500KM距离的精度，10-7公里距离的精度，50KM以下距离的精度可以控制10-6公里。同时,GPS具有全天候工作能力。因此，在任何情况下都可保证其高精度和高可靠性，特别适合于恶劣环境中使用。这也就决定了GPS技术应用广泛、用途十分广阔。这种精度是传统测量无法比拟的。

（3）操作方便

全球定位系统的高度自动化控制程度。作业的人员通常只受限于放置仪器、开关仪器、量取仪器读数及监察仪器工作情况。其他一切活动如卫星信号捕获、跟踪与观测及遥感数据的采集加工等,均可以由本仪器全程自动地完成。加上该仪器产品本身要求质量误差低、体积小和安装携带极为方便,大大减少操作困难,提高效能。在现代工程控制测量仪器中的应用,GPS仪器具有几个明显技术优势:首先,它能不受各种气候条件所限制,可连续全天候连续进行测量作业;其次,操作方式简单、速度比较快、精度高等;第三,能及时掌握测区变化情况。其次,GPS定位遥感观测取得的这些研究和结果反过来又直接可以间接为地形图直接坐标测绘研究提供了测量点平面形状的三维几何坐标,不仅是直接的可以相对较全面准确地可以直接的确定出测量点平面所在空间的三维地理平面位置,而且间接可以间接为我们间接地研究三维大地水准面形状及变化等规律特征和可以间接的确定三维地理平面位置坐标的准确和高度性等都开辟了起了我们一些研究新理论探索新思路的途径。

（4）全天候运作

全球卫星定位卫星系统卫星的导航定位过程不受地理天气条件因素的严格限制,可保证在全国任何一时间段和一个地点同步进行,加上每次观测的时间分别较短和进展较快,方便实现了地面测量系统工程上的整体统筹的安排,使测量工程计划的更具可行性,并又可同时提供较准确可靠和发展迅速稳定的地面测绘系统成果。GPS卫星在到21世纪后期仍可能将仍是作为一个新型军民两用导航系统,既是可用于更好地满足我国军事需要,又是可继续扩大中国民用导航系统市场覆盖面和延伸应用技术领域。目前,世界各国都把目光集中于这个领域。我国已加入了国际电信联盟(ITU),因此,我们有必要对这一领域进行广泛而深入地研究。本文介绍GPS的概况及发展趋势。GPS导航技术也正在向各个细分领域得到迅速地发展,可以完全相信未来它一定正在逐渐渗透社会和广泛应用于各军用、民用和其他领域。随着信息科学技术突飞猛进的深入发展和信息应用产品需求量的急剧增加,GPS定位系统已经迅速从使用性能较单一而发展过渡到日益广泛深入的被广泛所应用。目前,GPS技术在全球范围内已经得到了普及和推广,并成为世界上最先进的定位手段之一。GPS系统是作为一种较现代化的全球卫星地面定位通信系统,具有全天候、全天时导航与授时服务等优点。GPS卫星以它其自身独特优势和其强大广泛的覆盖功能,涉及整个国民经济系统的几乎所有应用领域。特别的是在近年来,消费电子产品市场正呈现着出强劲迅猛的发展和势头,已经渐渐进入到我们家庭的各项日常生活、学习、生活、娱乐。

GPS车载导航定位系统目前已是首次并成功地广泛可靠地并成功地被应用于国家大地信息测量技术体系中和国家区域城市控制网上中;但是我们公司目前也仍是正在继续努力的对在以下这样一些应用方面的进行测试:民用大型商用飞机系统中的实时精确的航线导航和控制服务和实时精确地定点的进场控制及起飞着陆的控制服务系统;对大型陆地车辆的导航定位系统提供的实时智能交通控制指挥调度系统服务和交通调度与管理系统服务;以及为大型国家科学工程项目系统开发的卫星实时地球资源信息综合的勘察、设计控制与空间测量等技术应用服务和卫星地壳形变实时遥感的监测分析服务应用;以及卫星高精度航测与定位导航和高分辨率卫星遥感。

GPS卫星系统在未来到整个21世纪后期我国仍将都仍将会继续的是作为中国一个最重要的军民两用的导航服务系统,既还将是可用于国防建设更好地满足目前我国民用军事需要,又仍将是可用来逐步地扩大在国内的民用卫星导航应用系统市场份额和扩展军事的应用领域。GPS卫星应用技术目前也已经正在中国社会和各个高科技专业领域里得到迅速和向前地发展,可以几乎完全可以相信它已经确实并且正在被逐渐被渗透出社会各行各业和逐步被广泛应用于社会各个专业军用、民用卫星行业里和在世界各国其他行业各个领域。

随着我国全球定位系统软硬件设备的发展不断发展完善,应用范围领域在不断发展扩大,从全球发展总趋势值来看,GPS卫星定位服务技术内涵也必将不断被深化应用和全面普及,给地理信息测绘科技领域再次带来了另一场内涵深刻广阔的全新技术新革命。

　第3章GPS测绘

　　3.1 GPS静态测量原理

目前对于GPS测量工作其于传统的大地测量具有很多相似之处，在进行作业时候主要分为内业以及外业，对于外业工作包含了即观测站点的位置选择，构建出出观测的标志，进行野外观测作业以及最后要进行测量结果的检验工作等。而对于内业工作主要是进行GPS相关的技术设计以及对于测量结束后的数据处理以及总结工作等。整体上进行GPS测量主要的工作流程分为：设计阶段，进行选测点以及建立标志，实行观测，监测结果的监测以及进程数据处理。对于GPS的定位测量其技术较为负责，而且进行测量时工作量较大，所以要进行GPS的测量需要在尽量满足客户对于数据精度的要求下进行精简的设计以达到减少预算提升效率的效果。

　3.1.1作业模式

GPS进程测量作业模式即通过GPS技术方法来确定观测站点所处的相对位置的一种作业方式。其依靠GPS的信号接受设备以及应该所决定，而不同的观测的作业模式和其对应的观测的时间具有差异性，也有其相应的应用场景。

　3.1.2 GPS网的技术设计

进行GPS网技术的设计工作是进行GPS测量实行的最初环节更是最为基础的。所以这样的设计工作需要根据客户的需求进行设计，其中该设计的内容主要是对于测量精度的把握以及测网的形状以及进行基准设计。

　3.1.3 GPS网的图形设计

目前依据测量的不同应用场景，在进行GPS网的测绘都需要构建出具有形状的几何图形。而常见的基本网形状如下：

（1）三角形网

对于GPS网中间的三角形网其是由三个独立的观测边构建。由于三角网其自身具有着良好的结构性,因此可以使得三角形网其自检的能力相当好从而就可以保证能比较有效准确的地观测到测量数据中出现的微小粗差,进而可以提升整体的可靠度。但也鉴于当其实际的观测需要时工作量将可能有较大,尤其的是在当其接收机的工作总接收机数量也可能普遍较少的之多时,将使为其进行观测数据处理和分析工作的所用设备的工作时间总的工作时间就会相对大而为小地被相应延长,因此在目前国内通常认为都认为只有综合考虑到当网信号的实时传输对精度性能要求和对系统可靠性要求相对普遍都较高,接收机数目又必须保证在有至少有三台接收机或者一台以上设备的数量时,才有可能进行单独系统设计或采用这种图形。

（2）环形网

环形网图是由一组分别由至少有若干并同时含有多条的彼此相对独立的观测边所组成的环形与闭合的环边网所共同所组成起来的环形网。最简单的独立的闭合环或符合路线边数的规定。

（3）星形网

星形网络的几何图形较简单,但从其与直接的观测边之间,一般又不直接构成一个闭合的图形,所以说其直接检验与直接发现粗弦差点的能力就较差。

　3.1.4基线长度

基线长度越短,抵消干扰的显著程度则越为显得著。

3.1.5 GPS网的基准

我国所使用到的两个国家大地坐标系中目前被采用时间最早久的两个坐标系分别是建于1954年初的X北京大地坐标系及X1980年采用西安的大地坐标系。通常用在大型岩土工程地基的测量方法应用中,还要求必须而且往往又是分别采用了两套相互独立配套使用起来的岩土施工测量基准坐标系。因此,在全球大地GPS导航定位与测量的工程方案中首先都必须充分考虑预先确定好的地区性坐标系基准与基于全球坐标系基准的国际大地坐标导航系统测量系统工程基准坐标系统之坐标时差,并必须尽可能的进行于上述这两类基准坐标系统基准之间的坐标系基准的坐标转换。

　3.2 GPS静态测量

　　3.2.1 GPS网图形设计原则

a.GPS网建设应完全根据测区工程实际运行需要情况和周围交通状况,作业完成时使用的卫星状况,预期可以达到的轨道精度,成果产生的技术可靠性要求以及系统工作总体效率,按照工程优化与设计并重原则进行。

b.GPS网幅内的点之间及与点之间虽然也不要求都有通视,但一般还更应要着重去考虑在采用常规测量方法及进行加密通信工作时的一种特殊技术应用,每测一点之间均要求应有一个至少有一个或多个以上点的通视点方向。

c.在目前这种最可能实现的技术条件情况下,新要尽量信息分布也要相对均匀,以便能够及时而可靠又正确地重新设计确定地面新建地面GPS网址及其它与现有地面的原有网址信息之间的信息间的信息相互转换关系的参数。

3.2.2 GPS网图形设计

a.GPS网网形：三角形网，如下图3-1所示：b.观测作业方式：边连式；c.平均设站数：2；

图3-1 GPS网网形概略图

　　3.3 GPS网的密度设计

在初步确定的GPS方案在进行技术设计分析研究时,一般情况应当包括首先需要明确并根据现场工程测量的工作任务书上所提出要求设计的GPS网分布点的最小技术密度范围和各项有关工程技术经济指标,再仔细考虑和结合按本工作规范(工程测量规范)附录中已规定好的并需要经实地现场工程测量现场踏勘得出的一些具体经济参数而确定出来的各点网节点间的最佳连接及观测的方法,各点网设定站间连续观测点的最小观测次数、时间长短等提出布网连接和观测方案。各种针对不同任务场合要求的任务要求对象和服务的需求对象,对GPS定位点位置信息的需求时间点分布形式和任务要求方法自然也必然会不同。对于一般规模的城市测量设计点和一般工程的测量布设点边长的设计密度应主要表现为要满足大规模城市测图数据加密设计需要和大规模工程测量设计需要的测量技术需要,平均边长密度范围一般均应限定在半径十几公里以内。

　　3.4 GPS控制网的选点

a.点位系统的点位选择还应同时符合其技术及设计条件要求,并尽可能有利于同其他的测量控制手段间进行相互扩展测试与交叉联测控制。b.点位的地质基础层应是坚实且稳定,易于被长期地保存,并同时应有利于安全生产作业进行。c.周围地面应尽可能便于地面安置无线电接收等设备装置和人工操作,视野尽量开阔,被探测的卫星的相对地平高度角半径应尽可能大于地面15°。

（1）埋石，控制点为原有控制点，其埋石情况如下图3-2所示：

图3-2 GPS控制点标石埋设图

　　1-土面2-素土3-贫混凝土

3.5 GPS-RTK动态测量

GPS动态定位（测量）GPS动态定位（测量）是利用GPS信号，测定相对于地球运动的用户天线的状态参数，这些状态参数包括三维坐标、三维速度和时间七个参数。

（1）GPS动态定位的应用

导航，跟踪、监控与调度，制导、航天器姿态确定、航空器等测量、测图、放样、监测等

（2）GPS动态定位的特点

用户多样性，速度多异性，定位实时性，数据短时性，精度要求多变性

（3）GPS动态定位的类型

1）单点动态定位（动态绝对定位）

2）实时差分动态定位法：

①位置差分

②伪距差分

③相位平滑伪距差分：载波多普勒计数平滑伪距、载波相位平滑伪距

④载波相位差分：修正法、求差法

GPS动态定位的基本原理：

（1）单点伪距动态定位技术(动态绝对定位)

GPS系统实现动态下的绝对定位是利用系统卫星和用户接受到信号的距离进行测算的,即根据卫星其瞬间所处的空间坐标进行反演出信号接受天线所处的位置是地球上的什么位置。动态状态条件下的空间绝对定位是用来确定被安装接受定位装置内的任何物体的每一个移动瞬间内的具体空间位置。并且由于接收器一直在处于运动的状态,这一点也是显而易见的其左边也是有一个实时的变化的坐标,这也是的在进行观测的时候所产生的多余观测较少甚至没有。在进行这样的定位的时候一般也会直接采用测距码来为测距仪进行定位,这样的定位方法同样也可能导致到了对于定位的测量精度要求不甚高,而且还可能出现在SA的控制误差影响情况下,甚至定位精度就会瞬间降低几米到几百米的级别。因此这样的方法仅仅对于精度要求较低的飞行器和船只以及车辆进行导航。

（2）位置差分原理

位置差分字计算上具有先天的优势,即对于数据传输所要进行的差分的修正数少,进行运算也简单,这也使得绝大部分的GPS接收器都可以通过改装进行实现变成差分系统。其缺点主要为:

1)若基站为和用户基站为在同一颗卫星下就会导致卫星定位时所能产生出来的定位误差有可能会出现不很匹配,进而使得数据的精度降低。

2)伪位置差分的定位效果一般也还不如伪距差分定位效果好。

（3）伪距差分原理

伪距差分定位系统有着相对较好的差分定位的精度以及可靠性以实现性能进成为了目前差分定位系统技术应用中别应用得最多的一项技术领域之一。其最主要应用原理之一即是使用户直接根据目前的已知卫星定位的卫星空间坐标该卫星空间定位的测量基本技术方法就是先通过卫星站在已知基准站坐标位置上并利用当前上述的已知的卫星坐标数据来快速求测定计算出测标准卫星站坐标位置至测量目标卫星位置间的实际准确位置距离,并要能自动将其实际距离误差与目前已知的含有该误差值数据的卫星实际与测量的目标距离值加以比较,然后通过卫星站利用其另外的一个α-β滤波器系统来将此差值经过滤波卫星计算并可自求并测出其偏差,并同时可以同时将来自其他卫星所有在已知卫星表面上获得的卫星测距所得的误差信号通过传输信号反馈返回给目标用户,用户并能立即利用其反馈到此目标卫星的测距产生的卫星误差信息来及时进行卫星改正消除其已测量定出卫星的伪距。最后,用户就可以再利用卫星改正消除后卫星产生的卫星伪距之差而求测定出其卫星自身实际位置时的卫星坐标。如果同时在卫星基准站、用户站的两端点均能先后确认观测寻得发现了一颗距离卫星相同位置地点附近的含第4颗星以上或带第4个颗星及等星以上颗星组成的卫星,即可实现直接实现在卫星用户站的两端点的精准定位。

第4章GPS测绘技术的应用

　　4.1大型精密工程测量

大型的工程精密测量技术一直来是我国工程精密测量领域测量工作的最大原动力点和一个闪光点,代表了着当代工程测量学科发展研究的最新方向。如:电站大坝及其他大型精密测量工程测量工程;水工大坝建设及大型电站枢纽建设的测量方法;特大铁路桥梁施工建设安装测量;大型电视塔钢桁桅杆架设及大型雷达天线的安装和测量工程;地下特长隧道防渗透加固测量施工;高耸建筑物管线及附属构筑物加固施工测量及工程安装和测量施工等,均是以安装难度较大、技术先进而着称。大型精密工程的测量仪器项目均有它其所自身具备的基本特点:有的传统工程仪器测量都要求毫米级精度,有许多的传统工程仪器测量都由于它其自身不规则性、多样性、复杂性特征和其空间尺度变化量的巨大超规模,增加到了其工程精度测量方法的技术难度系数和计算难度,有许许多多的现代工程精度测量远远超出到了这些传统精密工程精度测量范畴。结合实际工程特点,不仅研究设计与制造运用了国内一些先进特殊实用的工程仪器系统和测试工具,还吸收引进开发了多种现代实用工程和测量领域高新技术,将国际GPS应用技术技术、电子工程测量仪器技术、自动化计量技术理论等多个高新技术学科系统渗透引入到工业建筑检测计量过程中,并最终在现场施工及测量工程计量工作中真正得到实践了应用。许多研究项目逐步实现到了大数据的釆集自动化和大规模数据处理的自动化、实时化,数据管理趋向集成化、标准化、可视化、数据传输和计算应用走向网络化、多样化。

　4.2城市数字测绘

我国的三维数字地形图测绘新技术研究起步早于本世纪上世界90之初,经过短短十多年间的研究发展,已经在日趋接近成熟,形成出了中国自己独创的制图方法,开发完成了国内一批完全具有完整自主原创版权功能的地理信息系统国产软件。目前,数字化基础测绘系统技术也已初步得到全面普及,大中比例尺电子地形图、地籍图、房产现状图、竣工测量图、地下空间管网图等和北斗导航等电子地图全部数字化完成测绘,并取消了白纸测图方法。本文就如何在野外地形复杂情况下快速准确地完成各种数据采集工作进行研究分析,并提出相应解决方案和解决措施。主要涉及的大型数字化卫星测图与摄影系统产品类型有全站仪软件+便携式PDA软件+便携式地形图绘图软件、全站仪+手持PDA绘图软件+带掌上电脑功能的手持地形图绘图软件、GPS-RTK绘图软件+便携PDA绘图软件+便携地形图绘图软件、大比例尺卫星数字影像测图设备和卫星摄影及测量、数字摄影技术软件+便携式车载及GPS测量设备软件+便携车载测量便携机软件+便携式卫星数字导航系统测图技术及测绘制图软件。

　4.3建筑变形监测

随着国民经济的飞速发展发展,自然、超大型建筑物、构筑物、地铁的改造步伐加快,高层建筑中的高层建筑和地库的建设,变形测量越来越重要,对工程单位的要求越来越高,越来越受到人们的关注。变形观测是一项技术性较强的工作。它主要包括:位移观测,应力应变观测,地下水位变化观测。变形量的大小直接影响到整个工程施工质量和工期。因此必须做好变形控制。在隧道施工建设过程监理中,不仅一定要经常监测超深基坑内支护的结构安全性和高边坡体的施工稳定性,还要重点监测施工结构主体安全性和隧道邻近的建筑物施工的施工稳定性。在对大型复杂钢结构建筑物基础的建设施工作业中,要学会经常的对工程钢结构状态进行现场监测,计算出钢结构参数与原来设计参数值上的一些偏差,并可以对钢杆件结构的设计安装情况进行适时调节。

第5章测绘技术在工程中未来的发展

　　5.1测定中采用GPS

随着工业城市发展的高速发展,建筑工程领域也就形成有了一系列新领域的工作特点,建筑系统中的重大变化就体现在其他很多技术方面,包括施工建设土地资源状况和城市施工场地建设施工条件等等的发展变化,测量作业人员同样也要面临着一种更加丰富复杂而多变的建筑工程测量实践环境。随着当今我国城市社会经济水平日益的发展提高,人们普遍对于居住生活质量要求会越来越之高,这将使得城市建筑行业领域得到有了相对较好发展的空间发展前景。在建筑行业当前各个阶段,建筑工程勘察测量设计是贯穿整个国家工程基础建设系统中最为不可或缺的其中一个核心环节,其作用不可小觑。在原建筑工程勘察测量基础工作规程中,在规定进行建筑工程放样和测量设计时,应首先注意查明建设用建筑平面与及其周围各建筑群轴线之间存在的最直接测量联系,详细可靠的建筑测绘技术信息应当包括基线高程偏差和建筑间距,在保证实际勘察施工测绘过程进行中,工程坐标轴面与实际测量的轴线面积之间应存在相互交叉关系。在实际转换建筑坐标、获取测绘基准坐标资料的计算过程工作中,也相对增加了其实际的测量数据处理工作量。

5.2确定标志性区域

在一些建筑工程的初期测量环节，测绘人员需要完成标志性区域的认定工作，选址问题比较突出，可以按照标准的区域选择常规要求，正确处理测量任务。标准地区必须交通运输条件便利，必须能够接收准确的定位信号，否则将无法应用基于位置的制图技术。一旦确定了道路的具体路段，就可以进入目标区域，以划定观测范围和可用手段。为保证施工质量，应做好GPS,GIS等相关设备的安装调试和维护管理工作；要确保所有仪器均能正常运行，以提高工作效率；还要加强对数据采集过程中的管理力度。该系统对观测信息进行实时记录，可根据科学原则确定天线安装的准确位置。除了精确的原则外，还必须遵守定向原则，制定更高的测绘标准，然后使用天线进行有针对性的观测，平衡建筑物与特定位置之间的垂直距离。

5.3实现计量

在建筑工程测量过程中，需要结合朝向设置需要进行测量工作，在对GPS数据进行校勘后，要合理使用，使获得的定位数据可以直接存储在接收机装置中进行分析。由于受到外界因素影响，往往会造成观测值与实际值相偏离，为了避免这一现象发生,GPS测绘人员需要根据自身经验进行修正和处理。此外，还要注意做好资料管理以及存档等相关工作。在记录数据时，建议手工完成，这也对GPS测绘人员的业务水平提出了严格的要求。如果数据记录出错，朝向设置可能会发生偏差，在完成第一次数据记录后，需要其他人来验证数据。

　5.4测绘数据的组织和分析

在使用GPS定位设备完成测绘工作后，要对所有测绘数据进行检查和分析，以获取工程测量环节所需的重要数据，否则，数据分析人员必须具有较高的专业性，否则，应在初步整理测绘环节中过滤掉无用的测绘数据，确保数据准确无误。基于此，文章首先阐述了GPS测绘技术及其应用优势；其次从三个方面探讨了GPS测绘技术在建筑工程中的实践应用。希望能够为相关技术人员提供帮助和指导。提高建筑工程质量水平。工程测量情况有多种特色。流动测绘站和基准站可结合GPS定位和RTK技术，在相应的工程图则中绘制地籍图和地图，并显示建筑工程的具体界址点。采用这种联合式测绘技术，不需要太多的测绘工作人员，只需在预先确定的位置放置GPS信号接收设备，进行特征点编码活动，并使用成图软件取得相应的结果。

　总结

本文主要研究了GPS全球定位系统在工程测绘测量中的应用，以及GPS全球定位系统的基本原理和特点，尤其是伪距定位、载波相位定位和差分定位技术，为GPS技术在工程测设中的应用奠定了理论基础。本文结合不同的工程类型，阐述了GPS技术在工程上的应用，并对今后的测绘工作提出了建议。

参考文献

[1]郑加柱，王永弟，石杏喜.GPS测量原理及应用[M].北京:科学出版社,2014.

[2]胡伍生.GPS测量原理及其应用[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3]徐绍铨.GPS测量原理及应用-修订版[M].武汉:武汉大学出版社,2003.

[4]常庆生，唐四元.GPS测量的误差及精度控制[J].测绘通报,2000,22(4):13-15.

[5]章红平，温宇斌,张志勇，等.静态GPS测量与RTK测量实例分析[J].测绘通报,2006(1):28-32.

[6]杨力.大气对GPS测量影响的理论与研究[D].解放军信息工程大学,2001.

[7]曹幼元.手持式GPS测量在地质勘查中的应用[J].地质与勘探,2002,38(5):71-73.

[8]杨力.大气对GPS测量影响的理论与研究[D].解放军信息工程大学,2001.

[9]刘经南.青藏高原中东部地壳运动的GPS测量分析[J].地球物理学报，1998,41(4):518-524.

[10]何祖建，余代俊，向云飞.土地确权中GNSS控制测量及高程拟合精度分析[J].测绘与空间地理信息,2016(8):183-185.

[11]冯国正，周威，马耀昌，等.基于TBC的GNSS控制测量质量检核程序设计[J].人民长江,2014(S2):102-103.

致谢

学习的时光总是短暂。难掩心中的不舍之情,借此机会,向教导过我的老师们表达心中最真挚的感谢。我的指导老师在生活和学习方面对我的影响不容忽视。老师一直是一个勤勉自律又博学的人,老师不光教会我如何完成一篇合格的论文,还教会了我孜孜不倦向前拼搏的心态,使我在掌握论文写作和研究方法的同时,还明白了许多为人处世步入社会之后的道理。在此,向老师您表达最诚挚的谢意!同时,我要感谢在这几年时光里,我曾有幸遇到的各位任课老师。老师们的博学广闻和深厚专业修养,这些都是我最后能够完成这篇论文的强劲助推力。大学这几年能够遇到各位优秀的老师,并且有机会跟着您们一起学习,非常开心,在此向各位任课老师表示深深的感谢!

工程测量中GPS测绘技术的应用研究

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