GPS 测量技术及其在工程测量中的应用分析

1 GPS 技术基本原理

GPS 全球定位系统由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。空间星座部分由 24 颗卫星（21 颗工作卫星和 3 颗备用卫星）组成，均匀分布在 6 个轨道平面上，卫星高度约为 20200km ，运行周期为 11 小时 58 分。这些卫星不断向地面发送包含卫星位置、时间等信息的信号。地面监控部分由 1 个主控站、3 个注入站和 5 个监测站组成。主控站负责收集、处理各监测站的观测数据，计算卫星星历、时钟改正数等，并将这些信息传送给注入站；注入站将主控站传来的信息注入相应的卫星；监测站对卫星进行连续观测，采集数据并传送给主控站。用户设备部分主要是 GPS 接收机，它通过接收卫星信号，解算出接收机的位置、速度和时间等信息。GPS 定位的基本原理主要包括伪距测量和载波相位测量。伪距测量是通过测量卫星信号从卫星到接收机的传播时间，乘以光速得到卫星到接收机的距离，通过至少 4 颗卫星的距离测量，利用空间距离交会法计算出接收机的三维坐标。载波相位测量则是利用卫星信号中的载波相位，通过对载波相位的测量和处理，获得更高精度的定位结果，其精度可达毫米级，但数据处理相对复杂。

2 工程测量主要GPS 测量技术

2.1 静态相对定位技术的深度应用

在工程测量的广阔领域中，静态相对定位技术占据了重要一席。该技术主要分为两大流派：GPS1+N 模式，即快速静态测量法，以其高效快捷著称；以及经典静态测量法，它依赖于相对位置关系，通过两个已知坐标点进行精确定位与数据处理。在GPS1+N 模式中，一台接收器固定于参考站，其余作为移动台站，利用它们与参考台站的相对位置关系和已知坐标信息，可以精确求解测点的绝对位置。这种方法尤其适用于区域地形测绘与工程放样，其快速性与准确性备受青睐。而传统静态测量法，则需部署三个以上GPS 接收器，至少观测四颗卫星，通过复杂的计算，实现大规模控制网的构建，其精度与稳定性在大型工程中尤为关键。

2.2 加强数据传输设备维护与网络建设

定期对数据传输设备进行检查和维护，确保设备性能良好。选择质量可靠、抗干扰能力强的数据链设备，如采用高增益天线、优化电台发射功率等。在网络传输方面，优先选择信号稳定的通信网络，如 4G、5G 网络，并建立备用传输通道，同时配备电台和网络传输设备，以保证数据传输的稳定性。

2.3 变形监测

在工程建设运营过程中，建筑物、桥梁、堤坝等工程结构物可能会因各种因素（如基础沉降、温度变化、地震等）产生变形，若变形过大，将影响结构物的安全使用。GPS 测量技术以其高精度、实时性、自动化等特点，成为变形监测的重要手段。通过在被监测对象上设置GPS 监测点，与基准点组成监测网，利用 GPS 接收机对监测点进行长期、连续的观测，实时获取监测点的三维坐标变化信息。借助专业的变形分析软件，对监测数据进行处理、分析，判断结构物的变形趋势，当变形超过预警值时，及时发出警报，为工程结构物的安全维护提供决策依据。在某大型桥梁的变形监测项目中，在桥梁的桥墩、桥台、主梁等关键部位设置了 30 个 GPS 监测点，采用实时动态监测模式，每 5 分钟采集一次监测数据。经过一年的监测，准确捕捉到了桥梁在不同季节、不同交通荷载下的变形情况，发现桥梁在夏季高温时段主梁的竖向变形最大可达 15mm ，为桥梁的养护和维修提供了重要参考。

2.4 工程控制网的精准构建

作为工程测量的基石，在施工过程中控制网的的布置对其设计与信息的精度要求严格，以保证整体测量的准确性。在施工场地较小、放样点密集的情况，控制网的精度是特别严格的。在众多 GPS 定位方法中，角网结合 GPS 技术成为公路测控网建设的最优方案。该控制网络具有横向窄、测量精度高的特点，有效克服了传统三角锁定法容易累积误差、操作复杂的缺点。通过组建长距离的GPS 点三角锁具，实现了直线坐标的远距离精确测量，进一步提升了测量的便捷性与可靠性。对于精度要求极高的一级控制网而言，其测量结果直接关系到工程建设的质量与安全。传统边角法虽在小规模测绘中表现尚可，但在大规模工程测量中则显得力不从心，难以保证测量精度。但是 GPS 技术的应用可以解决这一难题，通过对测绘点的精确控制，确保了测绘网的整体精度与实用性，为工程建设提供了坚实的数据支撑。

2.5 采用高程拟合等方法提高高程精度

根据测区地形特点和测量要求，选择合适的高程拟合方法，如在地形平坦地区可采用简单的多项式拟合，在地形复杂地区采用曲面拟合或联合多种拟合方法。同时，可以结合水准测量，对部分控制点进行高程测量，建立高精度的高程控制网，通过高程拟合提高整个测区的高程测量精度。

2.6 地质勘探

地质勘探工作需要准确确定勘探点的位置，以便对地下地质情况进行详细勘察。传统地质勘探定位方法精度低、效率差，难以满足现代地质勘探工作的需求。GPS 测量技术为地质勘探定位提供了高精度、便捷的解决方案。地质勘探人员在野外作业时，携带 GPS 接收机，到达勘探点位置后，通过 GPS 接收机获取该点的精确坐标，并记录相关地质信息。在数据处理阶段，将 GPS 坐标与地质信息相结合，绘制详细的地质图，为矿产资源勘探、地质灾害评估等提供准确的位置信息。在某金属矿地质勘探项目中，利用 GPS 测量技术对 200 多个勘探点进行定位，定位精度达到 ±5m，大大提高了地质勘探工作的效率和准确性，为后续的矿产资源勘查和开发奠定了坚实基础。

结语

综上所述，GPS 定位技术凭借其显著的操作高效性与卓越的定位精度，已成为工程一级控制网构建与优化的关键工具。它不仅极大地增强了对控制网的全方位监控能力，还显著提升了数据的精确性与测量作业的效率。展望未来，我们需持续深化对 GPS 技术的研发与应用，进一步拓展其在公路路基施工的线放样、静态数据处理等工程测量领域的功能覆盖与多方面应用。与传统的手工测量方法相比较，GPS 技术展现出了定位速度迅猛、操作便捷度高、测量精度无与伦比等诸多优势。这些优势不仅为工程测量带来了革命性的变革，更为行业的未来发展指明了方向。因此，我们有理由相信，在未来的工程测量领域，GPS 技术将拥有更加广阔的发展空间和无限可能，持续引领行业向更加智能化、高效化的方向迈进。

参考文献：

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