GPS系统的原理及其在房屋建设测量中的应用
GPS系统的原理及其在房屋建设测量中的应用
摘要：随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。通过RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，本文首先分析了GPS RTK技术在工程测量中的应用，其次，就GPS RTK技术在工程测量中处理数据方法和GPS RTK技术在工程测量中应用的优点进行了探讨，具有一定的参考价值。
关键词：GPS RTK技术；工程测量；应用；优点
前言 GPS就是全球定位系统,它是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代紧密卫星导航定位系统。GPS卫星定位测量是研究利用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术。随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。通过RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
GPS RTK技术在工程测量中的应用
RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
控制测量
为满足城市建成区和规划区测绘的需要，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS 静态测量，点间不需通视且精度高，但数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。
（2）线路中线定线
RTK测量技术用于市政道路中线或电力线中线放样，放样工作一人也可完成。将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，即能按桩号也可按坐标放样，并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定的为止。
（3）建筑物规划放线
建筑物规划放线，放线点既要满足城市规划条件的要求，又要满足建筑物本身的几何关系，放样精度要求较高。使用RTK进行建筑物放样时需要注意检查建筑物本身的几何关系，对于短边，其相对关系较难满足。在放样的同时，需要注意的是测量点位的收敛精度，如果点位收敛精度不高的情况下，强制测量则有可能带来较大的点位误差。在点位精度收敛高的情况下，用RTK进行规划放线一般能满足要求。
（4）用地测量
在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界址点坐标，确定土地使用界限范围，计算用地面积，在土地分类及权属调查时，应用RTK技术可实时测量权属界限、土地分类修测，提高了测量速度和精度。
5. GPS RTK技术在工程测量中处理数据方法
实时动态测量RTK是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。在RTK作业模式下，基准站通过数据锭―调制解调器，将其观测值及站点的坐标信息用电磁信号一起发送给流动站。流动站不仅接收来自基准站的数据．同时本身也要采集GPS卫星信号，并取得观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，瞬时地给出精度为厘米级(相对于参考站)的流动站点位坐标
6.GPS定位原理
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置p点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了三颗(a、b、c)以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离sap、sbp、scp，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得p点的维坐标（xp，yp，zp），其数学式为：
sap2=[（xp-xa）2+（yp-ya）2+（zp+za）2]
sbp2=[（xp-xb）2+（yp-yb）2+（zp+zb）2]
scp2=[（xp-xc）2+（yp-yc）2+（zp+zc）2]
式中（xa，ya，za），（xb，yb，zb），（xc，yc，zc）分别为卫星a，b，c在时刻ti的空间直角坐标。
在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被广泛的应用。
7.GPS测量的技术特点
7.1测站之间无需通视测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
7.2定位精度高一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
7.3观测时间短采用GPS布设控制网时，每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用接收机的rtk法可在5s以内求得测点坐标。
7.4提供三维坐标GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
7.5操作简便GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。
8GPS卫星定位系统在工程测量中的应用
8.1GPS测量的技术设计①设计依据。GPS测量的技术设计主要依据1999年建设部发布的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》及工程测量合同有关要求制定的。②设计精度。根据工程需要和测区情况，选择城市或工程二级GPS网作为测区首级控制网。要求平均边长小于1km，最弱边相对误差小于1/10000，GPS接收机标称精度的固定误差a≤15mm，比例误差系数b≤20×10－6。③设计基准和网形。控制网共12个点，其中联测已知平面控制点2个，高程控制点5个。采用3台GPS接收机观测，网形布设成边连式。④观测计划。根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度（空间位置因子PDOP），选择最佳观测时段（卫星多于4颗，且分布均匀，PDOP值小于6），并编排作业调度表。
8.2GPS测量的外业实施①选点。GPS测量测站点之间不要求一定通视，图形结构也比较灵活，因此，点位选择比较方便。但考虑GPS测量的特殊性，并顾及后续测量，选点时应着重考虑：a.每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用；b.点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；c.点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等，以免电磁场对信号的干扰；d.点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方，以便观测和日后使用；e.选点结束后，按要求埋设标石，并填写点之记。②观测。根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15°，时段长度45min，采样间隔10s。在三个点上同时安置三台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，观测者填写测量手簿。
通过以上分析，GPS系统在工程测量上将有很大的发展空间，为工程施工质量提供了有利的保障。