浅析GPS在工程测绘中的应用
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摘要：GPS在工程测绘中的应用极大的促进了测绘工作发展，是推动工程测绘工作效率和质量提高的重要因素。本文结合GPS的特点和应用原理，介绍了其在工程测绘中的应用进展，并对其发展进行了展望。
关键词：工程测绘；GPS；特点；原理
工程测绘技术是一个重要的应用技术，他与国民经济建设和国防建设息息相关，发挥着重要的作用。跟其他学科一样，他的发展主要显现在测绘技术的数字化、自动化、实时化以及数据管理的标准化、规格化和科学化。从20世纪80年代以来，陆续出现了很多先进的地面测量仪器，也出现了大量的先进测绘技术和手段，比如：光电测距仪、电子水准仪、激光准直仪，精密的测绘逐渐代替了传统的基线丈量，使得测绘更加精确、精准。
全球定位系统（GPS）作为一种新的测绘测量手段，其广泛的应用为工程测绘提供了一个崭新的定位测量手段。由于GPS定位技术的高精度、快速度、低成本，使得其在城市与工程控制网的建设中得到广泛的应用。其在工程测绘中的应用主要有：地图测绘、建立和测定大地控制网点、建立地理信息系统、研究地球动力学现象等等。本文针对GPS在工程测绘中的应用做详细综述。
一、GPS的定义和特点
1、GPS的定义
所谓全球定位系统(GPS)，其全称是“卫星授时测距导航/全球定位系统”。该系统于1973年由美国国防部开始研制，经过近20年的耗资约300亿美元研发，于1993年建设成功并投入使用。GPS的基本原理是使用卫星发射的无线电信号进行导航定位，为人们提供军事导航和定位服务。GPS已经成为了美国导航技术现代化的重要标志，被称为是本世纪一个重大的航天技术之一。GPS主要包括空间卫星星座、地面监控系统和用户设备三部分组成。经过20多年的发展，GPS已经渗透到经济建设和科学发展的诸多领域，发挥着重要的作用。
2、GPS的特点
GPS可为用户提供连续的动态目标的三维位置、三维速度以及时间信息。其主要特点有：
（1）定位精度高。通过不断技术的跟新和系统的建设，目前来讲GPS测量精度已经从以前的10-7提高到10-6，而且静态定位精度也提高到毫米级甚至亚毫米级，动态定位精度可以达到厘米级，很好的满足工程测绘的要求。而且随着数据处理的改善，定位精度有望达到或优于10-8。
（2）功能用途广。由于GPS强大的技术，其不仅可以用于测量、导航，还可以进行测速、测时。其测速的精度为0.1m/s，测时的速度可以达到几十毫微秒。
（3）测量时间短。通过GPS系统的完善和软件的升级，观测时间已经从几个小时缩短到几分钟，目前通常采用的静态相对定位模式其观测20km以内的基线仅仅需要16-20min；采用动态定位模式，每站观测只需要几秒钟。
（4）操作较简单。越来越先进的接收机的使用，使得GPS操作逐渐“傻瓜化”。采用智能型的接收机，在测绘中仅仅需要安装并开关仪器、量取天线高、采集环境数据，其他工作如卫星的捕获、跟踪、观测和记录都由仪器自动完成。测绘结束后，关闭仪器即可。还可以进行无人值守测绘，自动化程度高。
（5）全天候全球定位。由于组成GPS系统的卫星数量很多且分布均匀，这样就保证了全球地面的连续有效覆盖，地球上的任何地点的任何用户在任何时间内都由至少4颗卫星相伴，随时进行测绘工作。而且测绘受限较少，除了雷电时候不宜进行测绘，其他时间都不受影响。
（6）全球统一三维地心坐标。传统的大地测量主要是将平面和高程选用不同的方法进行分别测量，而在GPS测量中，在精确测量观测站平面位置的时候精确测量大地高程。这一特点，不仅对于研究大地水准面的形状和确定地面点高程开辟了新途径，同时也提供了重要高程数据确保其在航空探物和航空摄影中的应用。
二、GPS在工程测绘中的应用
1、GPS在工程测绘中应用原理。
GPS采用的是交互定位原理，利用几何与物理学科的一些基本原理，并且利用GPS系统空间分布的卫星以及与其他地面接收装置实现测量物体的多角度定位。通过已知的几个点的距离，来求得未知点的位置。GPS中已知点是卫星，位置点是地面某一目标。卫星的距离根据传播时间和光速进行确定，距离=光速×传播时间。该方法最基本的条件就是需要有精确的时钟，记录所需时间。
一个GPS接收机需要同时接收4颗卫星才能进行三维准确定位，对于不同要求精度则卫星需要数量也不同，如果要达到厘米级定位精度，则需要5颗以上。但是如果有山或者高达建筑物的遮挡，所能观测到得卫星会减少，定位就会出现困难。
2、GPS在工程测绘中的应用
工程测绘按照设备手段不同分为普通测绘法、航测法和综合法；按照工程成图方法分为解析法、部分解析法和图解法。工程测绘的内容主要包括：工程平面控制测绘、工程细部测绘、工程原图测绘等等。工程测绘内容相对复杂，因此需要借助GPS的精确性和技术性。经过多年实践证明，GPS系统是一个具备极高精度和使用方便的定位系统，其在工程测绘中已经发展成为一个多领域、多模式、多用途的技术。
（1）虚拟现实技术的应用。传统测绘，由于大部分的测绘工作需要人工进行，容易导致安全事故。对于那些地质条件复杂的地区进行实地测绘时，利用GPS技术创建的工程测绘具有逼真、交互作用的特点。应用GPS技术可以快速、有效地显示工程测绘的全部流程。为了解决工程测绘中测量技术应用效果不太理想的问题，测量前需要进行模拟流程分析，从而保证测量方案可操作性、技术性和安全性的增强。国内目前在矿井工程项目测绘中普遍使用GPS进行测量演练，可以借助此查出测量方案中存在的问题，及时有效的进行解决和完善。
（2）在工程细部测绘和房屋地形测图中的应用。工程细部测绘是工程调查的重要组成部分，以确保测定的土地权属界址点、线、位置、形状和数量等。利用GPS技术可以在街坊外围界址点以及街坊内界址点间距误差缩小，确保测绘的准确；地形测图一般是首先根据控制点加密图根控制点，然后再图根控制点上用经纬仪测图法测绘地形图。尽管近几年该方法已经发展到采用全球仪和电子手薄利用测图软件绘制地形图，但是需要2-3人操作。采用GPS进行测图时，仅需要一个人背着仪器把一个区域内的地形地物点测定然后利用绘图软件绘制，极大的提高了工作效率，降低了人工成本。
（3）施工临时水准点的测量和确定。在工程测绘的水准测量中，采用传统测量技术由于未进行严密预算和考察而导致得出水准点距离较远，通过采用GPS进行水准点的测量和确定，更好的协调好外业观测的进程，提高工作效率，保证测绘结果的精确度。
三、GPS在工程测绘中应用展望
GPS应用于工程测绘是一次伟大的技术突破，随着技术的不断革新，会导致测绘行业发生根本性变革。未来，在工程测绘方面，将会建立区域性GPS网，主要包括城市或矿区GPS网，各种GPS工程网等，这类网是专为工程项目不测采用GPS静态相对定位技术、精密度高的网，用于地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑物监测，能够达到高精度、使用频繁的要求，为国民经济建设服务。
四、结束语
与传统测绘手段比较，GPS测绘具有速度快、成本低、测试简单、不受限制等优点，将GPS技术用于工程测绘中，能够极大提高工程测量的可靠性和准确性，并且降低了作业强度保证了作业安全，适应时代的发展和要求。相信伴随着GPS技术的进一步发展，其在工程测绘中的作用会更加重要！
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