1、GPS 测量技术在工程测绘中的应用摘要：GPS 测量技术的出现和不断发展极大地促进了测绘工作的进步不仅使测绘的工作方式发生了根本性的变革也大大提高了工程测绘的工作效率、拓广了工程测绘的服务范围。本文对 GPS 在工程测绘中的应用进行了分析。 关键词：GPS；工程测绘；GPS 测量 ； Abstract: GPS measurement of the appearance and development of the technology will greatly promote the surveying and mapping work progress not only makes the
2、 mapping work has undergone a fundamental change has greatly improved the working efficiency of engineering of Surveying and mapping, engineering surveying and mapping extension of the scope of services. This paper analyzes the application of GPS in engineering surveying and mapping. Key words: GPS;
3、 engineering survey; GPS measurement 中图分类号：P25 前言： 全球定位系统 GPS 是“卫星授时测距导航全球定位系统”的简称它在测地中的应用包括建立和测定大地控制网点地图测绘建立地理信息系统公路、铁路及其他大型工程建设的测量研究地球动力学现象包括测量地球外壳畸变、火山隆起、地震预测、大地板块结构及地球旋转等。目前 GPS 接收机能进行动态、准动态、快速静态等多种测量工作方式使定位精度达到 3mm1107.DD 为测量距离观测时间由原几小时缩短到几分钟扩拓了它在大地测量中的应用。 GPS 在测量中的应用广泛本文重点分析大地控制网点、水下地形测绘和地球动力学
4、对地震的预测。 1 测定大地控制网点 我国的国家高精度 GPS 大地测控网布测工作从 1991 年开始目的是建立全国性的新的一代基础大地测控网由陕西测绘局、四川测绘局、黑龙江测绘局和武汉测绘大学承担。它是利用先进的 GDS 技术对我国的基础控制网进行重测以提高网点测量精度优化我国大地测控网并为地球动力学的研究提供基础数据。布测工作于 1996 年完成目前重测后的 A 级网点有 27 个 B 级网点 760 个。 我国的许多省市引进了 GPS 测量设备布测本地区、本市的控制网点扩大控制面积为本地区的开发和制定城市建设规划起了积极的作用。 2 在水下地形测绘中的应用 2.1 采用实时差分 GPS
5、定位 海洋资源开发利用、海港建设和改造、航道疏浚和整治海岸和江岸码头的施工和设计等所有水下工程都需要精密的水下地形图。而绘制精密水下地形图都必须进行水深和平面位置的三维测定然后来用微机进行水下地形图的绘制。 水深的测量利用测深仪。根据超声波测量水深的原理由换能器发射的声脉冲到达海底反射回来接收器接收反射脉冲并测定发射至接收之间的时间 t 求得水深 h12Vt。这里 v 为声波在水中的 传播速度 v 约为 1500ms。在水深测量的同时还利用潮位仪进行潮位测定用以改正水深测量值最后求得水下地形的高程。 平面位置的测量以前采用经纬仪、经外测距仪或三应答器等无线电定位设备。这些设备都具有操作复杂、外
6、界条件要求苛刻等问题应用十分不便。 GPS 的出现开拓了解决平面位置测量的新途径但是采用单频 CA 码定位精度不高不能进行大比例尺水下地形测绘。应用差分 GPS 技术可以解决这一问题。 将测深仪、潮位仪、差分 GPS 接收机以及终端设备结合起来就购成一套完整的测量船上的水下测绘系统。该系统的一种测绘框图。这里 DGPS 接收机接收 GPS 卫星信号和来自差分基站的校正信号用基台校正数据修正测量船蹬 s 测量误差。在航行前预先在计算机中输入测线首尾点坐标。 在测量工作时 DGPS 接收机将测定的坐标参数输人计算机经计算与坐标转换在彩色显示屏上实时显示航迹线及各种导航参数包括测线号、定位序号、定位
7、时间、基线方向角及航向角、偏离航线距离、离测线起点和终点的距离。操作者根据导航监视器显示的参数可随时修正航向沿计划航线航行。定位采样间隔取 1s。定位时、计算机自动打印记录并将数据存于硬盘和软盘。 在定位的同时通过同步定时器给测深仪和潮位仪发出定标信号使定位采样、测深采样和潮值采样同时进行。同步定标器设置了多条控制线还可连接其他测试仪器同时定标。 按海上测量规范要求海上定位点平面位置误差为图上 15mm。采用实时 DGPS 测量精度能达到土 2m 可用于大于 1:2000 比例尺的测图。 2.2 采用后处理差分 GPS 动态定位 GPS 后差分动态定位是将两台 GPS 接收机分别设于差分基站和
8、船站同步测量来自相同卫星组的导航信号利用基站得到的校正值对船站定位数据进行测后修正。后处理 GPS 测绘系统的框图仅是 DGPS 接收机用 GPS 接收机替代。 后差分技术要求船站与差分基站同日报收来自至少三颗相同卫星的信号并记录在硬盘和软盘中在事后进行数据处理。将基站和船站记录的数据拷人同一计算机进行须处理形成统一的数据格式。利用后差分软件计算基站 GPS 测定位置与已知位置的差值即差分改正数。然后按照时间对应的方法用此改正数对船站测得的 GPS 数据进行校正求得修正后的船载接收机天线所在位置的精确地理坐标。 后处理差分的优点是不受船站与基站之间障碍物的影响可以多个船站同时工作将测试结果进行
9、家后分别处理互不影响。后处理 差分可以满足小于 111 万比例尺的各种测绘及海上工程测量定位。它的缺点是两地必须采用同一组卫星信号。 后处理差分在我国水下测绘中得到应用例如国家海洋局第一测绘所利用该技术测绘 1:5 万比例尺的广西沿海海底的地形。测量数据表明 GPS 后处理差分动态定位精度优于 15m 的占总测点数的 95 以上最大的误差值为25m 符合海道测量规范 。 3 在研究地球动力学和地震预报中的应用 观测地壳运动研究地球动力学问题特别是地震前兆的地形变化是地质学家的重要课题也是测绘工作者的任务用传统的大地测量方法取得了不少宝贵的资料。国内外资料表明地壳确实存在运动但这种运动是十分缓慢
10、的。日本、美国的地面水平形变每年为 107 量级我国、日本及原苏联等国的地面垂直形变每年为几毫米。有人认为我国华南板块向东南方向滑动速率为每年 21mm 而有人即认为每年在 5mm 以内。我国唐山大地震前的资料表明地面垂直形变几十毫米水平形变每年 106。远远小于地震后的地面高达几米的永久形变。一般的地壳形变在时空分布是不均匀的时陕时慢有的地方显著有的地方微小其规律有待进一步观测研究。 用传统的大地测量技术观测地壳运动精度低范围小水平形变观测精度在 106 以下直接观测范围最多仅为几十公里并且复测周期长如在我国复测一次需数年耗资巨大。这就限制了对地壳运 动及地形变前兆的研究。GPS 技术弥补了
11、传统大地测量技术的不足适应地球动力学及地震预报研究的需要。在国外美国、日本等国利用 GPS 技术研究地球动力学与地震预报已做了大量的工作。日本的研究主要针对地震预报早在 1988 年在日本关东地区建立了世界上第一个监测地壳形变的 GPS 观测网观测到板块的运动。美国的地震预报研究主要集中在有可能发生大地震的西部加里福尼亚地区和加洲南部地区在南加洲已布设了连续监测地壳形变的永久 GPS 观测台阵观测台的间隔为 100km 沿断层则加密至 10km。1991 年中美和中意合作在我国西藏地区开始了板内运动状态的 GPS 测试试验随后进行了较大规模的板块运动状态势测试。 监测洲际间的板块运动不仅有助于
12、研究地球动力学问题也是研究全球地震活动规律的需要国际试验和研究表明对于 500km 以内的 GPS 站间距离测量能达到土 5mm1108D 的测量精度三维位置达到土 3cm 左右它们的重复测量精度也为 108 量级。这样的精度正好满足板块运动状态的精度要求。有人认为利用 GPS 精密定位技术长距离测量可达到 109 量级的精度即 1000km 仅有几毫米的误差。 4 结束语 与传统测绘方法相比 GPS 测绘具有定位速度快、成本低、不受天气影响、点间无需通视、不用建标等优点而且仪器设备小巧轻便操作简单便捷。经过 20 余年的实践证明 CPS 系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS 技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
