GPS技术在测绘工程中的应用答辩论文Word文件下载.docx
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但是理论未能与实际较好的结合，没有实际例子作为支撑，缺乏说服力。
指导教师结论：
（合格、不合格）
指导教师
姓名
所在单位
指导时间
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院
本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表
xxx学号：
xx专业：
评阅意见：
李榕同学的论文探讨了GPS技术在测绘工程中的应用，该选题符合测绘工程专业的选题要求。
论文观点较明确，能运用测绘知识进行论证。
论文章节安排合理，条理较清晰，语句较通顺，格式基本符合规范要求。
论文的不足之处是对工程实例的介绍不够详细。
修改意见：
（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。
评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。
毕业设计（论文）评阅成绩（百分制）：
75
评阅结论：
同意答辩
评阅人姓名
xx
评阅时间
2019-10-8
论文原创性声明
本人郑重声明：
本人所呈交的本科毕业论文《GPS技术在测绘工程中的应用》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。
论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。
对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。
本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。
论文作者（签字）：
日期：
年 月 日
摘要
测绘工程为工程建设绘制蓝图，精准详细的测绘是工程后期建设成败的关键，高质量的测绘工程也有助于提高施工以及工程使用过程中的安全性，因此，要严格把控测绘工程质量，提高测绘精确度，合理充分利用现代测量技术。
GPS技术利用导航卫星，能够实现海、陆、空全方位实时三维导航与定位，近年来被广泛运用于工程测绘中，本文基于此，具体分析了GPS技术在测绘工程中的应用，并进一步提出了分析了测绘工程应用中存在的问题以及改进策略。
关键词：
1、GPS技术2、测绘工程3、应用
二、基本概念2
（一）GPS技术2
（二）测绘工程2
三、GPS技术在测绘工程中的应用4
（一）GPS技术的特点和优势4
（二）GPS在工程测绘中的具体应用5
1、GPS技术在工程测绘中的步骤5
2、工程变形监控中应用GPS测绘技术6
3、水下工程测绘中应用GPS测绘技术9
4、城市建设中应用GPS测绘技术11
四、GPS技术在测绘工程中存在的问题及解决方案13
（一）GPS技术在测绘工程存在的问题13
（二）解决方案13
五、结论14
致谢15
参考文献16
一、前言
随着城市化进程的加快以及工程建设安全意识的提高，在工程建设中越来越重视对前期的工程测绘工作，而精准的工程测绘是提高工程测绘质量确保工程安全的重要保障，要提高工程测绘的准确性就需要借助精准的工具，而GPS技术以其较高的精确度、快捷的定位和便捷的操作被广泛运用于工程测绘中，在提高工程测绘质量中发挥着举足轻重的作用。
但是，虽然GPS技术在工程测绘工作中有很多优势，但是整体而言我国的工程测绘质量偏低，在工程测绘过程中也存在一些问题，需要加以改进。
二、基本概念
（一）GPS技术
什么是GPS技术？
它是GlobalPositioningSystem全球定位系统的缩写，是导航和精确定位的一种工具，与遥感（RS）和地理信息系统（GIS）合称为3S技术，被广泛应用于信息技术定位和导航方面，它是由美国国防部开发的一种全天候的、基于空间的导航系统，能够满足世界上任何地方或近地空间的军事用户的需要，以连续和准确的方式确定三位数的位置和三位数的运动和时间。
它是一个中距离圆型轨道卫星导航系统，基本原理是绕地球轨道运行的卫星连续地将编码的调制连续波无线电信号发射到地球表面，该码携带卫星信号的准确发射信号和卫星在不同时间在空间中的准确位置。
GPS系统的运作离不开三大组件，第一部分是GPS卫星星座，是GPS系统在太空空间的部分，此部分是GPS系统的关键，负责收集地面的信息，是GPS的信息源。
第二部分是地面监控系统，是GPS的地面控制部分，负责监控太空卫星的运行状况以及向太空发射指令。
第三部分是信号接收机，此部分连接用户设备，负责GPS信号的输出，是信息的输出端。
由于利用卫星收集信息，所以GPS系统的信息覆盖面积更广，能够事项全方位实时的三维导航和定位，被广泛应用于现代化设备中。
（二）测绘工程
测绘工程简而言之就是测量空间或者大地的各种信息并按实际要求绘制成图的作业。
测绘工程应用非常广泛，小到地区地图的绘制，道路桥梁的建设，大到对宇宙中其他行星的形状、大小和重力场的描摹，测绘工程对象非常广泛。
同时测绘工程的作用又非常重要，测绘工程人员通过测量和绘制技术，收集并通过图形、图像以及其他手段将有关的地形图、地貌、水文等信息完整表现出来，帮助相关专家土地开发方案论证，帮助工程建设科学决策。
测绘工程将环境中各种复杂因素都绘制成图，通过现代测绘技术，帮助相关专家在土地开发之前作出更完整更详细更合理的土地开发方案，充分利用各种资源，提高土地利用效率，提高工程质量。
王艺博（2018）也认为测绘工程在现代化的建设中具有非常重要的地位，认为测绘工程具有基础性、社会性、公益性以及前期性等特征，测绘工程不仅能表现地表各种要素的地理空间位置，还能表现这些属性的信息，而这些信息是社会经济发展进步的重点和基础。
因此本文对测绘工程的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。
三、GPS技术在测绘工程中的应用
（一）GPS测绘技术的特点和优势
GPS测绘技术在实际应用中主要依靠接收卫星信号，再通过计算与卫星距高并交汇的原理来进行定位，从而确定目标的三维坐标进行精准测量。
从GPS测绘技术的应用过程中可以看出，其集传统测绘技术与现代测绘技术于一体，测绘的功能更强、范围更广，智能化程度更高。
1、功能性强，测绘范围广
GPS可实现大范围的高精度测量，传统基线测量在长距高测量时，精度低，GPS可克服这一缺点。
具体来说，在静态定位模式测量工程中，如果基线在50k以下，GPS定位的精准度可以达到1×
10-6～2×
10-6范围。
如果基线超过100小于500km，定位的精准度可以达到10-6～10-7左右。
如果GPS用于实时定位，精准度的测量单位可以为分米和厘米，误差程度越来越低。
随着GPS技术的高效发展，无论是工程测量、大地测量还是航空测量等各个领域都有所应用。
最重要的是，GPS测绘技术可以做到测量时不受时间和地点的限制。
2、定位精准度高
无论是静态测绘还是动态测绘，GPS测绘技术都打破了传统测绘技术的弊端，可以将测绘精度控制在标准范围内。
GPS的原理是根据卫星在空间中的位置来计算地球上一个点的位置。
这三颗卫星到地球上某一点的距离测量是非常必要的，它由三个部分组成：
空间星座、地面控制和用户设备。
根据GPS测量技术的特点，可以快速、高效、准确地提供点、线、面等要素的精确三维坐标及相关信息。
它具有全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点（见图1.3）。
另外，GPS测绘技术还可以按照不同的标准进行测绘，直到达到测绘人员的预期效果。
图3.1GPS技术的应用
3、操作便捷程度高
GPS测绘技术由于自动化程度高、集成度高，在实际测量过程中所涉及的仪器安装和连接非常简单。
GPS测绘仪可以直接开启卫星定位系统，对测绘目标进行跟踪定位。
GPS的使用大大减少了人工操作，节省了人力，提高了测绘工作效率，在一定程度上降低了人为因素引起的误差值（表1.1）。
表3.1GPS测绘技术与常规测绘技术比较
测量技术
观测时限
观测时间
观测效率
定位精度
误差分布
可操作性
GPS测绘技术
全天候
时间短
高
均衡
集成化，自动化，操作简化。
常规测绘技术
非全天候
时间长，观测站通视
人工定期观测计算
精度一般
不均衡
机动性不高，操作复杂
（二）GPS技术在工程测绘中的具体应用
1、GPS技术在工程测绘中的步骤
（1）选点。
GPS技术的选点与其他测绘技术不同的是，一定要选择信号好的地点，视野开阔的地段，保证卫星发射回来的信号不被干扰，并将其标注在测绘图纸中。
（2）建立标志。
选好观测点以后，接下来需要选择有代表性的测量标志，为观测工作做准备。
由于测绘对象不同，选点各异，测量标志的建立要因地制宜，根据测绘工程需要灵活建立。
（3）观测。
观测是测绘工程的关键步骤，观测的准确性是测绘工程精度的重要保障。
测绘工作人员可以通过太空卫星系统，搜集观测数据，在外业观测中，必须要做好相关的技术规范准备工作，按照科学的流程实施观测。
（4）处理数据。
处理数据是GPS技术在测绘工程应用中的最后一步，由于现在科学计算机技术的发展，前期处理数据一般都交于计算机来完成，在对其处理数据结果进行复核、检测，保证GPS技术测量的精准度。
2、工程变形监控中应用GPS测绘技术
随着全球各国对全球定位系统的研究，GPS的测量精度现已达到毫米级别。
目前GPS在变形监测中的应用主要体现在以下几个方面：
第一，利用GPS技术解决常规观测需要多种观测的问题。
观测结果能充分反映滑坡的全方位活动，是监测滑坡变形、掌握滑坡发展规律的可行技术。
第二，该技术具有速度快，自动化程度高，精度高，实时监控，外部影响小等优点。
它可以实时监控大型建筑物，并全天候测量目标物体各监测点的位移变化，为安全操作维护提供重要参数和指导。
第三，GPS精密定位技术不仅能满足大坝变形监测的精度要求，而且有助于实现监测工作的自动化（表1.2）。
表3.2GPS在变形监测中的优缺点
优点
测站间不需保持通视
能同时测定点的三维位移
全天候观测
容易实现全系统的自动化。
可消除或削减系统误差的影响
缺点
点位选择的自由度较低。
从整体上讲观测条件往往较差。
函数关系过于复杂，误差源多。
（1）GPS变形监测数据处理方法
1）GPS当中的误差源：
GPS定位不会出现各种各样误差，从误差源来说大致可分成三类，A.和卫星相关的误差：
卫星星历误差、卫星钟的钟误差、相对论效应；
B.和信号源大众传播相关的误差：
电离层延迟、对流层延迟、多路径效应；
C.与接收机有关的误差：
接收机钟的钟误差、接收机的位置误差、接收机的测量噪声。
克服或者弱化前述误差影响的主要方式及保护措施有构建误差纠正模型，误差纠正模型不仅可就是借助对于误差的特征、制度及造成的究其原因展开研究深入分析、推导而是构建起来的理论方程，还可就是借助对于大量测量数据分析的深入分析、拟合而是构建起来的实践经验方程，有时候还可与此同时选用两种方式。
误差改正模型的精度大不相同的，双频电离层折射改正模型残差约为总量的1%或更小，对流层折射改正公式的残余误差为总量的1%-5%左右，而广播星历所提供的单频电离层折射改正模型则高达30%-40%。
充分利用误差在采样数值相互之间的相似性或是在定位结果相互之间的相似性，借助于求差来缓解或是大幅的减弱其影响的方式都能减少误差的影响。
其残余误差估算公式为：
，当基线长度b=50km，卫星至测站的距离ρ=23000km，卫星星历误差=5s时，它对基线的影响
只有
。
但有的系统误差不但难以用求差的方式来抵消，都难以用构筑纠正数学模型，因而才只能挑选较好的软硬件以及采样前提。
2）静态数据处理方法：
以每一期测值作为一次相对定位，通过计算两期之间监测点位置的变化来测定变形量。
该方法中监测网由基准点和监测点构成，基准点用于建立监测网的基准，保证变形监测在同一基准下进行。
采用该方法要正确剔除观测值中的粗差，而且不受基准点的影响。
对于如何剔除观测值中粗差，国内外众多学者都进行了比较深入的研究，主要是采用抗差估计来克服观测值中的粗差对参数估计的影响，对粗差进行实际的估计，该方法相对于传统的数据处理方法取得了良好的结果。
对于如何判断基准点是否稳定，可以使用秩亏自由网差、拟稳平常的方法来解决，用这两种方法可以提高变性分析结果的准确性。
3）单历元解算方法：
首先确定GPS的近似点坐标。
后选择PODP值最小几何图形最优的4颗卫星为基本星座，采用L1载波建立3个双差方程解算实数解，对所有模糊度组合算出相应的坐标。
其二，按照计算的坐标值、每个测站、L1、L2、测量系数计算模糊不清度方程系数，对于模糊不清度展开甄选即以构筑新的模糊不清度浏览空间；
最后，按照双差函数，选用最小二乘测算方式测算残差平方和，再用F检验正确的模糊不清度。
4）谱分析法：
谱分析方式就是把时问域内的数据分析序列借助傅立叶级数转换到频次域内展开深入分析，这样的话有助于设定时问序列的精确周期，并判别隐秘性及多变性的周期数据分析。
该方法在建筑物检测方面有较好的利用。
但是，该方法对数据序列的等时间间隔有苛刻的要求，这一问题为实用性增加了难度。
（2）GPS在水电站大坝变形监测中的应用
我国蕴藏水能资源极为丰富，目前已建成的大坝约25800座。
水电资源是世界上主要能源之一，提供了全球大约五分之一的电力，具有经济、可靠、可持续使用的特点。
水电站运行成本低、寿命长，许多发展中国家都把水电视为重要的能源，发展战略也偏向于水电上。
因此，对大坝实施准确、实时的安全监测变得非常重要。
对大坝进行变形监测可以确保大坝安全运行、充分发挥工程效益、验证设计数据、鉴定施工质量、为科学研究提供可靠有效的资料。
随着GPS技术运用的不断成熟，测量的相对精度点位误差可达亚毫米级。
将其应用于大坝监测已经取得成功，并有一些成功的实例。
美国加利福尼亚南部的LosAngeleCounty’sPacoima大坝1995年就成功地建立了GPS自动监测系统。
在坝顶布置了两个GPS监测点，一个基准点安装在大坝左肩混凝土操作间的屋顶上，另一个基准点安装在高出大坝160m的山顶上。
该系统至今运行良好，发挥了巨大的作用。
在这方面我国还做点过一些探索性的研究工作，武汉大学曾经于1994年起积极开展GPS高精度应力监控试验，试验观测2小时的水平位移中误差情况及5小时观测情况。
湖北清江隔河岩大坝GPS自动化监测系统经过几年来的运行，也是稳定可靠的。
总体来说GPS在水电站大坝变形监测中的应用是可观的。
（3）GPS技术在矿山变形分析中的应用
对地下开采矿区地层应力监控的工作已有了非常成熟的研究，但多数煤矿选用的就是传统式的观测技术手段，观测的任务量及精确度受较大程度的影响。
而随着地下不断地进行矿产挖掘，矿区会不断地产生变形，如地质构造、地下水、地形地貌、开采方法和进度等都会使矿山发生整体形变。
因此，需要使用GPS技术对矿区进行大范围立体监测，由于GPS技术是一项比较新的技术和受矿山地形限制，所以还没有一套系统性的GPS技术理论可以适用于地下开采矿山的测量,故GPS在这方面的应用很少。
（4）GPS技术在大跨度桥梁变形监测中的应用
现今，随着世界桥梁事业的跨越发展，其机构形式与功能日趋复杂，工程规模越来越大，保证桥梁的安全是一个非常重要和现实的问题。
如，2001年3月，葡萄牙里斯本一座桥梁垮塌，导致一辆观光车坠入河当中，50多人死亡；
2007年7月31日，美国加利福尼亚州奥罗维尔高速路桥垮塌，一辆运货卡车损毁，造成10人死亡。
桥梁监测主要是水平位移监测，挠度监测，桥墩倾斜监测，索塔的日照监测。
用GPS技术设备设计的桥梁应力监测网通常应由一个或者若干个独立测量环组成,即以正方形及大地平行四边形组合而成的混合网在的方式布设.三维点位在河流顶部均匀分布,设置在岩土结构稳定的地方，如果条件允许可以设置钻孔式深埋标志。
三维基准点应设置强制归心观测墩,为了能够很好地用全站仪进行辅助观测,强制归心观测墩应可强制归心联结反射棱镜、GPS、全站仪、接收天线。
GPS可消除常规的桥梁框架结构监控方式的优点,精确度可达到米级，RTK甚至于米级的精确度，可即时地使获得测点的三维坐标值，可以实现多点同步测量，数据分析采集非常方便快捷，不太难因受外界前提的影响，可以实现智能化管理工作，即时数据传输。
3、水下工程测绘中应用GPS测绘技术
GPS测绘技术已广泛应用于沿海码头的设计，水道的设计和修复以及海港的建设。
海洋资源的开发利用还需要相对准确的水下地形图，具体来说，为了弄清水下测量目标的精确深度，必须明确水下测量目标的三维坐标。
从传统的测绘技术的应用来看，有必要使用三个转发器和经纬仪来测量平面的位置，然后用探头测量水深，这不仅复杂，而且易受客观因素的影响，这会影响准确性。
为了降低作业步骤和方法的复杂性，GPS测图技术在水下工程测图中的应用不仅快速高效，而且精度高。
同时，GPS技术在水下测量中应注意以下几点：
首先，考虑测量过程中的安全问题。
如果没有良好的安全保障，就不可能开展工作。
因此，水下测量工程中需要注意的第一个问题是安全问题；
第二，我们需要注意GPS技术的熟练操作，对于掌握这项技术的工作人员，我们需要全面掌握工作，对不熟悉的事情逐一了解，并且能够在工作中灵活使用。
只有熟练的工作技能才能在工作中发挥作用；
第三，需要灵活掌握计算机技术。
熟练的计算机技术可以完成这项工作，因此水下工程测量的工作流程和工作方法是非常重要的。
（1）无验潮模式的水下地形图测绘应用。
传统的水下地形测量模式是利用GPS测定待测点的平面位置，利用测深仪测定带测点的深度，根据瞬时潮位资料，最终获得点位的高程。
这种模式给测量工作带来了一定的影响，为了简化工作流程，提高测量的精度，提出了不用专门测定潮位，而直接利用GPSRTK技术的无验潮模式测量水下地形图的原理。
图3.2无验潮模式下水下地形测量原理
图中
、
分别表示测深仪换能器所测水深和换能器的瞬时高程。
当参考站与流动站不是很远时（小于20km）不考虑大地水准面的变化，认为各点的高程异常相等，则由换能器瞬时高程可求得海底点的正常高，即
=
-
（2）疏浚测量应用。
疏浚测量应采用有模拟记录的单波束回声测深仪或多波束测深系统，在浅水区宜采用测深杆或测深锤；
在水底树林和杂草丛生水域不宜使用回声测深仪；
淤泥质回淤严重水域应进行适航水深测量。
测深前测量船应与水位站和定位站校对时间。
水下地形测量，应根据天气、风浪、潮汐等情况，合理安排时间，当风浪较大，气候恶劣，影响人身、仪器安全时，应停止测量。
设置好仪器及坐标系统转换参数之后，应对测量的数据进行校核，在校核无误后方可进行测量。
GPS流动站接收机天线应与换能器在同一垂线上，并保证GPS观测卫星信号的质量指标，如卫星数、高度角、PDOP值等。
在确定水下地形测图规格时，应在水深测量的专用软件中，先确定水下地形图的范围与比例尺，以及坐标系统和图幅等。
设定测量断面线时，应将测量船导航至断面位置，再按指定的时间或者间距进行测点的定位与测深，并实时修正测量船的航向。
（3）淤积测量应用。
淤积测量可用GPS的GOANDSTOP动态测方法定位，回声测深仪测量水深确定水库库底点的坐标。
选择\靠近待测测线的固定站安置固定接收机，在距其5m左右选择\交换天线点安置流动接收机。
沿航线方向每隔一定的距离（如100m）或者根据水深的变化选择测量点每个点上停船30-60s，接收机记录2-4个历元数据，同时记录水深数据。
到达对岸时，在已有的固定点上安置流动接收机，记录几个历元数据。
此方法即使在4-5级风的情况下，也能取得良好的结果。
4、城市建设中应用GPS测绘技术
在工程测绘中常用的GPS测量技术是RTK即实时动态差分法。
RTK技术是GPS测量技术和数据传输技术的有效结合,基站通过数据链路将基站的观测值和坐标传送到移动台,移动台接收数据信息并实时处理,同时给出了厘米级定位结果。
RTK技术能够实时实现测量站在指定坐标系下的三维定位，是GPS测量技术发展的新突破。
RTK技术广泛应用于各种工程测量领域。
在工程测绘过程中，只要对GPS观测数据进行分析处理，就可以直接将其记录到GIS系统中，以获得准确的定位图。
GPS-RTK技术广泛用于工程测量,节省时间，精度高，为工程施工的实时动态监测提供了依据。
以曲靖市富源县城区地籍测量工程项目中GPS-RTK测量技术设备的运用为例，论述该类技术设备的运用情形。
测区设在富源县城区，对城区所有建筑物和构筑物等进行测量，城区建筑物密集，交通设施繁重，卫星信号源繁杂，城区街道两旁植物密集。
此次需要测量的宗地地块遍布整个城区，总测量总面积大约60km2，分布区域间将近50km2，土地权属互动关系繁杂，用地种类比较多，宗地使数量多，权属界址点数目大，选用常规测量技术手段施测十分困难，在短时期之内无法顺利完成每个宗地的权属界址点测量工作，难以在规定时间完成地籍测量工作任务。
选用GPS-RTK观测技术设备当作本测区宗地土地权属界址点坐标值的实测手段，在充分调查论证并借助试验测试认证工作的此基础上将全面推行，收到了较为好的实际效果。
作业过程选用精度高、安全性好的城市基本控制网点当作RTK测量的工作基准在试用试验阶段，根据其所采用的GPS仪器设备，得出结论了该类市区流动站在指导作用距离作为4km范围之内，能够高质量、清晰明确地接收基准站发出的数据。
以此作为参考数据分析，选定了分布富源县城区的城市D级GPS三维控制网点7点，组成此次地籍观测工作的基准框架网，并借助7个控制点的WGS-84坐标系及54北京坐标系科研成果测算出对用作GPS-RTK观测的7个坐标值转换参数值。
GPS-RTK定位精度试验选用1个GPS-RTK观测基准网点，架设RTK基准站，流动站在离基准站4km范围之内，施测E级GPS控制点及宗地土地权属界址点总计19个点，并选用静态GPS测量技术、全站仪测量技术设备测量宗地使用土地权属界址点坐标值，把这些测量结果、已知科研成果和RTK测量结果相比较。
RTK精度评定从数据分析预见：
RTK测量结果和其它测量技术设备获得的测量结果互差都在厘米级，其中互差最大作为1.8cm，最小作为0.3cm，平均作为1.12cm.可以为GPS-RTK测量结果的点位精确度达到厘米级，而且各个点位间不太存有测量误差积累，消除了传统式测量技术设备的弊端，完全能够迎合城镇地籍测量对于权属界址点的测量精确度要求。
选用GPS-RTK测量技术设备施测界址点坐标值在测试试验获得成功的此基础上，即以RTK基准框架网点作为此基础，分别架设GPS基准站，使用1+2工作模式，用两套GPS-RTK接收机当作流动站展开测量。
由于所用GPS-RTK控制
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