一、GPS技术概述

GPS系统最早是由美国国防部发展起来的，主要用于军事应用。随着技术的不断发展，GPS系统逐渐向民用领域扩展，成为人们生活中不可或缺的重要工具之一。作为一种基于卫星导航技术的系统^[1]，GPS可以通过连接多颗卫星，准确测量用户设备的位置和速度信息。每颗卫星都具有自己独特的编号和轨道，通过接收来自至少4颗卫星的信号，用户设备可以计算出自己的精确位置。这种计算是基于卫星发射的信号到达用户设备的时间差，通过精确测量时间差来确定用户设备与卫星之间的距离，从而得出用户设备的位置坐标。在现代社会，GPS系统已经广泛应用于各个领域。在汽车行业中，GPS系统可以提供导航功能，帮助驾驶员准确找到目的地，并提供即时交通信息。在物流和运输领域，GPS可以用于实时监控车辆的位置和运行状态，提高运输效率和管理水平。在户外运动和旅行中，GPS系统可以帮助人们找到正确的路线和位置，提供安全导航服务。此外，GPS还在农业、航空航天、船舶导航等领域有着广泛的应用。然而，GPS系统也存在一些局限性。由于信号受到建筑物、树木等物体的阻挡，GPS在城市环境和密集林地中的定位精度可能会受到一定影响。此外，由于GPS系统完全依赖卫星信号，如果遇到天气恶劣或卫星故障等问题，可能会导致定位不准确或失败。

二、GPS系统在工程测量中存在的问题

（一）技术自身限制问题

由于GPS接收器接收到的信号经过空气、大气、云层和建筑物等干扰，导致测量结果的精度无法达到理想状态。尤其是在城市等高密度建筑物的区域，GPS信号的反射和多路径效应更加明显，导致测量误差较大。此外，地形、植被和气象等自然环境因素也会影响GPS系统的测量精度，进一步限制了其应用范围和可靠性。由于GPS信号需要从空间中的卫星获取，因此在某些特定的情况下，GPS系统无法正常工作。例如，在高山、峡谷和建筑物阴影等遮挡物下，GPS信号的接收可能会受到严重的干扰或中断，导致无法实时获得定位信息。此外，恶劣的天气条件，如强风、暴雨和大雪等也会影响GPS系统的可用性，为工程测量带来困扰。此外，GPS系统在精确度和可用性之外，还存在着一些其他的技术自身限制问题^[2]。例如，由于GPS系统受电离层和大气层等天然因素的影响，时间延迟和幅度失真等问题常常出现，使得定位信息的准确性下降。同时，GPS系统的设备成本较高，需要配备专门的接收器和软件，并经常需要进行校准和维护，增加了使用成本和技术要求。

（二）其他设备干扰问题

其他设备在工程现场可能会产生干扰，影响GPS系统的正常运行。例如，现场使用的大型机械设备或发射强电磁信号的设备，如无线电塔，都可能会产生电磁干扰，导致GPS接收器接收信号受阻。这种干扰会使GPS系统无法准确测量位置，并可能导致测量误差。现场的建筑物、地形和植被也可能会干扰GPS信号。高楼大厦、山脉、树木等物体会阻挡卫星信号的传播，使GPS接收器无法接收到足够的信号。特别是在城市中，高楼大厦的密集程度会对GPS系统的定位精度产生较大影响。此外，如果测量地点周围有树木或草丛，植被也会阻碍GPS信号的传播，导致测量结果不准确。此外，气象条件也可能对GPS系统产生影响。例如，强烈的雷暴、大雨、大雪等天气条件会干扰GPS信号，使接收器无法正常工作。此外，一些特殊的气象条件或大气层中的电磁干扰也可能导致定位误差。

三、GPS系统在工程测量中的应用价值

GPS系统可以实现几厘米的定位精度，远远超过传统测量方法。这种高精度使得工程测量工作更加准确和可靠。无论是测量土地边界，还是进行建筑物的定位和测量，高精度的GPS系统都可以提供精确的数据，为工程师和测量师提供可靠的参考。传统测量方法常常受到地理和环境因素的限制，而GPS系统可以在全球范围内实时定位。无论是在城市中还是在偏远的农村地区，GPS系统都能提供准确和稳定的定位信息。这种全球覆盖的能力使得工程测量不再受地理限制，使工程师和测量师能够更好地应对各种测量挑战。传统测量方法常常需要大量时间和精力，而GPS系统可以在短时间内完成大规模的测量工作。工程师和测量师只需要携带一个小型的GPS接收器就可以进行测量，省去了传统测量仪器的麻烦和复杂性。这种便利性使得工程测量工作更加高效和灵活，为工程项目的顺利进行提供了有力支持。

四、GPS系统在工程测量中存在问题的优化措施

（一）GPS技术层面

在地下管线建设领域，需要加强基础仪器设备水平测试，以确保测量准确度。毕竟，地下管线的建设需要准确的位置信息，以便避免对其他地下设施造成破坏。因此，在此类项目中，建议采用多种测量方式，并将GPS技术作为辅助手段，可以取得更好的结果。高程测量方面，GPS技术的精确性则非常强大，相比传统的测量方法，如水准仪，GPS能够在大范围内以及复杂地形条件下进行高程测量，具有更高的效率和准确性。通过接收卫星发出的信号^[3]，GPS可以实时计算出测量点的高程数据，结果可靠且精确。为了保证GPS测量的准确性，测量单位可以采取一些措施来提高其抗干扰性能。首先，选择合适的测量时间。天气条件对GPS信号的影响很大，如大雨、大雪或强烈的日照等都可能导致信号干扰。因此，在选择测量时间时应避免恶劣天气，并尽可能选择晴朗、无云的天气。应避免测量点周围有高大建筑物、树木或其他遮挡物。这些物体可能会阻碍GPS信号的传播，造成测量误差。因此，在选择测量点时应避开这些障碍物，选择开阔的地区进行测量。此外，还可以使用差分GPS技术来提高测量的准确性。差分GPS是一种通过同时测量参考站和测量站之间的差异，来消除信号传播中的误差的方法。通过在测量站附近设置一个参考站，并同时进行测量，可以减小信号传播误差对测量结果的影响。

（二）信号抗干扰层面

扩频调制是一种广泛应用于通信系统中的调制技术，可以通过在发送端对信号进行扩频处理，将原始信号放大并分散到更宽的频带上，从而增加抗干扰能力和提高系统性能。而跳频二进制偏移载波调制（Frequency Hop-BOC，FH-BOC）是一种新型的扩频调制方法，它结合了跳频技术和二进制偏移载波调制技术，具有较好的阻截能力、较强的抗窄带及多径干扰能力，具有很好的扩频能力，能够很好地实现对宽频带的高阶扩频，提高了系统的整体性能。FH-BOC这种扩频调制方法中，发送端首先将原始信号进行二进制偏移载波调制，这种调制方法可以将原始信号通过引入一定的相位偏移，使得信号频谱更均匀，并且降低了多径干扰对信号的影响。接着，在对信号进行二进制偏移载波调制后，发送端会采用跳频技术对信号进行频率转移。跳频技术是通过在一定时间间隔内，发送端在不同的频率上进行切换，从而避免了窄带干扰对信号的影响，并且增加了系统的安全性。FH-BOC这种扩频调制方法具有较好的阻截能力，可以有效抑制窄带干扰和频率选择性衰落对信号的影响，使得接收端可以更好地恢复出原始信号。其次，它具有较强的抗多径干扰能力，通过对信号进行二进制偏移载波调制，可以减小多径传播引起的码间干扰，提高信号的接收质量。最后，它具有很好的扩频能力，通过跳频技术和二进制偏移载波调制技术的结合，可以实现对宽频带的高阶扩频，提高了系统的扩频性能。

结语：针对GPS系统在工程测量中存在的问题，可以采取一系列优化措施来提高测量精度和可靠性。优化措施包括增加卫星数量和分布密度、合理处理数据等。通过这些优化措施，可以提高GPS在工程测量中的应用效果。
参考文献：

[1]杨逸.GPS系统在工程测量中存在的问题及优化措施[J].产业创新研究,2023,(12):136-138.

[2]刘亮.星站差分GPS系统在水运工程测量中的应用[J].水运工程,2014,(04):48-51.

[3]李柏章.GPS系统在水利工程测量中的应用[J].水利科技与经济,2013,19(05):119-120.