高精度GPS技术在工程测量中的应用与精度分析

高精度GPS技术在工程测量中的应用与精度分析

尉志栋

浙江中海达空间信息技术有限公司  浙江省湖州市德清县 313299

摘要：高精度 GPS 技术在工程测量中应用广泛。在道路桥梁工程，可用于桥梁变形监测，保障安全；隧道工程中能精确测定贯通位置；城市建筑工程可进行定位放样。影响其测量精度的因素众多，如 GPS 卫星状况，包括轨道误差、钟差等会致定位偏差；接收设备性能，如天线相位中心稳定性、信号接收灵敏度也很关键；测量环境中的多路径效应和大气折射会干扰精度。可通过优化观测方案、采用差分技术、选择合适测量地点和时间等措施提高精度。实际案例分析验证了这些措施的有效性。高精度 GPS 技术为工程测量提供可靠、精确的技术支持，具有重要应用价值。

关键词：高精度 GPS 技术、工程测量、精度分析、影响因素、措施提高

一、引言

在现代工程建设中，对测量精度的要求越来越高。随着科技的飞速发展，高精度 GPS 技术应运而生，为工程测量带来了新的机遇。工程测量是工程建设的重要环节，其精度直接关系到工程的质量、安全和进度。高精度 GPS 技术以其高精度、高效率、全天候等优点，在工程测量中得到了广泛应用。

研究高精度 GPS 技术在工程测量中的应用与精度分析具有重要意义。一方面，它可以提高工程测量的精度和效率，为工程建设提供更加准确的数据支持；另一方面，它可以推动工程测量技术的发展，为相关领域的研究提供参考。此外，随着工程建设的不断发展，对高精度测量技术的需求也将越来越大，因此，对高精度 GPS 技术的研究具有广阔的应用前景。

二、高精度 GPS 技术在工程测量中的应用

（一）道路桥梁工程中的应用

在道路桥梁工程中，高精度 GPS 技术可实现对桥梁的实时变形监测。通过在桥梁关键部位安装 GPS 监测点，能够连续采集位置数据，及时发现桥梁在使用过程中的微小变形。这为桥梁的安全评估和维护提供了重要依据，确保桥梁在运营期间的安全性。例如，对于大型悬索桥，高精度 GPS 技术可以精确监测主缆的垂度变化和桥塔的位移情况，以便在出现异常时及时采取加固措施。

（二）隧道工程中的应用

在隧道工程中，高精度 GPS 技术能够精确测定隧道的贯通位置。在隧道施工过程中，准确的贯通测量至关重要，它关系到隧道的质量和安全。利用高精度 GPS 技术，可以在隧道两端同时进行测量，快速确定隧道的准确位置，减少误差积累，提高隧道贯通的精度。同时，还可以对隧道施工过程中的变形进行监测，预防坍塌等事故的发生。

（三）城市建筑工程中的应用

在城市建筑工程中，高精度 GPS 技术可进行定位放样。在建筑场地复杂、障碍物多的情况下，传统测量方法往往受到限制。而高精度 GPS 技术可以快速、准确地确定建筑物的位置和轴线，提高施工效率。此外，还可以对高层建筑的变形进行监测，确保建筑物的稳定性。

三、影响高精度 GPS 技术测量精度的因素

（一）GPS 卫星状况影响

1. 轨道误差：卫星运行受多种力作用，轨道存在误差，尤其在长距离测量中影响明显，如大型工程控制测量可能使坐标产生数厘米甚至更大误差。
2. 钟差：卫星原子钟与地面接收设备时钟有时间差，影响信号传播时间计算导致定位偏差，高精度测量需精确修正钟差以提高精度。

（二）接收设备性能影响

1. 天线相位中心稳定性：直接影响测量结果准确性，不稳定会使数据波动降低精度，实际应用需选性能稳定天线并定期校准。
2. 信号接收灵敏度：决定接收卫星信号强度，低灵敏度可能导致部分信号无法接收影响精度，复杂环境选高灵敏度设备确保接收足够信号。

（三）测量环境影响

1. 多路径效应：卫星信号经建筑物、水面等反射被接收产生多路径效应，使测量结果出现误差，坐标跳动或偏移，城市环境中尤为明显，需采取措施抑制。
2. 大气折射：电离层和对流层对卫星信号传播有折射作用影响精度，不同天气和地理位置影响程度不同，需通过模型修正减小影响。

四、提高高精度 GPS 技术测量精度的措施

（一）优化观测方案

延长观测时间可减小卫星轨道误差和钟差影响，重要工程可将观测时间延长至十几小时以上。多时段观测能消除部分随机误差，因不同时段卫星分布和大气状况不同。合理选择观测点，要考虑周围环境，避免多路径效应和大气折射干扰，如选开阔地带远离建筑物和水面处设点。

（二）采用差分技术

差分 GPS 技术通过基准站和移动站差分计算消除大部分系统误差。基准站接收卫星信号算出误差传至移动站修正测量结果。RTK 技术是高精度差分技术，可实现实时厘米级定位精度，广泛用于地形测量和施工放样等。

（三）选择合适测量地点和时间

测量地点要根据工程实际情况选择，避免强烈电磁干扰和多路径效应严重处，城市中心可选高楼顶或公园等开阔地。测量时间应选卫星分布好、大气折射影响小的时候，如清晨或傍晚大气稳定，卫星信号传播条件好，利于高精度测量。

五、实际案例分析

（一）案例介绍

以某大型跨海大桥为例，其跨度之大令人瞩目，施工环境更是充满挑战。海洋的复杂气候、海浪的不断冲击以及海风的持续影响，使得工程建设困难重重。而该桥梁作为重要的交通枢纽，对测量精度的要求达到了极致。鉴于此，工程决定采用高精度

GPS 技术来进行桥梁变形监测和施工定位等关键工作。

（二）应用高精度 GPS 技术的过程

1. 在桥梁的关键部位，如主塔、桥墩、箱梁等关键位置精心布置多个 GPS 监测点，实现对桥梁变形的实时监测。通过多时段观测，在不同时间段收集数据，充分考虑卫星分布和大气状况的变化，再结合长时间观测，确保数据的准确性和稳定性。

2. 在施工过程中，运用 RTK 技术进行定位放样，极大地提高了施工精度。同时，利用差分技术，消除卫星轨道误差和钟差等不良影响，为施工的准确性提供有力保障。

3. 精心选择合适的测量地点和时间，远离电磁干扰强烈和多路径效应严重的区域，在大气稳定的时段进行测量，以确保测量结果的可靠性。

（三）精度分析与措施有效性验证

1. 对采集到的变形数据进行分析，发现高精度 GPS 技术能够准确监测到桥梁的微小变形，精度达到毫米级。
2. 通过对比采用不同措施前后的测量结果，验证了优化观测方案、采用差分技术和选择合适测量地点时间等措施的有效性。例如，在采用差分技术后，测量精度明显提高，误差减小了数厘米。
3. 总结该案例中高精度 GPS 技术的应用经验，为类似工程提供参考。同时，也指出在实际应用中需要注意的问题，如设备的维护保养、数据的处理方法等。

六、结论

本文深入探讨了高精度 GPS 技术在工程测量中的应用与精度分析。明确了其在道路桥梁、隧道及城市建筑工程中的广泛应用，同时分析了影响测量精度的因素，包括卫星状况、接收设备性能及测量环境等。提出了优化观测方案、采用差分技术、选择合适测量地点和时间等提高精度的措施，并通过实际案例进行了验证。

随着科技的不断进步，高精度 GPS 技术将不断发展和完善。未来，其精度有望进一步提高，设备将更加智能化和小型化，操作也将更加简便。同时，与其他测量技术的融合将更加紧密，为工程测量提供更加全面、准确的数据支持。相信在未来的工程建设中，高精度 GPS 技术将发挥更加重要的作用，为推动工程建设的高质量发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]徐绍铨，张华海，杨志强等. GPS 测量原理及应用 [M]. 武汉：武汉大学出版社，2003.

[2]崔冬红，张宁。浅析 GPS 技术在工程测量中的应用 [J]. 江西建材，2014.

[3]任丽虹. GPS 测量技术及其在工程测量中的应用 [J]. 黑龙江科技信息，2015.