精密工程測量和變形監(jiān)測，是以毫米級乃至亞毫米級精密為目的的工程測量工作。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件性能不斷改進，目前GPS已可用于精密工程測量和工程變形監(jiān)測。
10.2.1 GPS用于建立精密工程控制網(wǎng)的可行性
目前我國精密工程控制網(wǎng)，一般都用ME5000測距儀和T3精密光學經(jīng)緯儀來施測。為研究用GPS來建立精密工程控制網(wǎng)的可行性，武漢測繪科技大學在某山區(qū)水利工程布設(shè)了如圖10-1所示的精密工程控制網(wǎng)。
該網(wǎng)由5個點組成，每點都建立水泥墩，設(shè)有強制對中裝置。試驗網(wǎng)最長邊為1313.5m，最短邊長為359.5m，平均為701.3m。試驗時先用ME5000測邊，用T3測角，然后用GPS施測。接收機采用TurboRogueSNR-8000，時段長為2小時，用GAMIT軟件、精密星歷解算，起算點WGS-84坐標通過與武漢測繪科技大學跟蹤站聯(lián)測求出。經(jīng)平差計算，求出全網(wǎng)各邊的長及點位坐標，結(jié)果見表10-1和表10-2。由表10-1可看出，GPS測出的邊長與ME5000測出的同一條邊長較差中誤差為±0.34mm，其中較差ΔS有正有負，無系統(tǒng)性差異。從表10-2可看出，GPS測出20點位坐標與用ME5000和T3求出的點位坐標較差中誤差為±0.29mm,其中較差δ有正、有負，也無系統(tǒng)性差異，從而可認為，完全可用GPS來建立精密工程控制網(wǎng)。
表10-1 GPS網(wǎng)與邊角網(wǎng)邊長比較表
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邊 名 |
SGPS |
SME5000 |
ΔS |
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2-3 |
466244.1 |
466244.3 |
-0.2 |
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2-4 |
652860.9 |
652861.4 |
-0.5 |
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4-5 |
642664.7 |
642664.3 |
+0.4 |
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2-5 |
748678.5 |
748678.8 |
-0.3 |
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1-5 |
1313474.2 |
1313470.5 |
-0.3 |
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1-4 |
1178112.5 |
1178112.4 |
+0.1 |
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3-5 |
359343.8 |
359344.0 |
-0.2 |
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1-2 |
582651.0 |
582650.7 |
+0.3 |
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3-4 |
359894.2 |
359893.7 |
+0.5 |
表10-2 GPS網(wǎng)與邊角網(wǎng)點位坐標比較表
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點 號 |
平面坐標GPS(m) |
平面坐標ME5000+T3(m) |
差值σ（mm） |
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4 |
x=1417.2750 x=812.9388 |
1417.2747 812.9388 |
+0.3 0.0 |
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3 |
x=1092.8954 y=968.8289 |
10.92.8957 968.8289 |
-0.3 0.0 |
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2 |
x=1189.8049 y=1424.8904 |
1189.8044 1424.8908 |
+0.5 -0.4 |
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1 |
x=1337.9964 y=1988.3808 |
1337.9967 1988.3807 |
-0.3 +0.1 |
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5 |
x=774.7064 y=801.8232 |
774.7066 801.8229 |
-0.2 +0.3 |
長江水利委員會綜合勘測局，也進行了由10個點18條邊組成的GPS測量與高精度大地測量對比試驗，GPS施測時采用SOKK1A GSS1A單頻接收機，使用廣播星歷和隨機軟件，結(jié)果為：mx=±mm。my=±2.4mm，mH=6.5mm。這說明單頻GPS接收機也可用于水利工程施工控制網(wǎng)的建立。
10.2.2 GPS用于工程變形監(jiān)測的可行性
工程變形監(jiān)測通常要達到毫米級或亞毫米級的精度，而監(jiān)測的邊長一般為300～1000m。在這樣短的邊長上，GPS能否達到上述精度呢？武漢測繪科技大學做模擬試驗。
測試工作在武漢測繪科技大學校園內(nèi)的GPS衛(wèi)星跟蹤站與四號樓間進行。試驗過程中GPS跟蹤站上的接收機天線始終保持固定不動。四號樓樓項的GPS接收機天線安置在一個活動的儀器平臺上。平臺可以在兩個互相垂直（東西和南北方向）的導軌上移動。移動量通過平臺上的測微器精確測定（讀至0.01mm，其精度可保證優(yōu)于0.1mm），因而天線的位移值可視為已知值。然后通過與GPS定位結(jié)果進行比較來檢核其精度，評定利用GPS定位技術(shù)進行變形觀測的能力。試驗時每隔5小時左右移動一次平臺。數(shù)據(jù)處理采用改進后的GAMIT軟件和精密星歷進行，并分別計算了5小時解，2小時解和1小時解。5小時、2小時、1小時解的測試分別進行了10組，其結(jié)果列于表10-3。
從表10-3可看出，若用一個基準點來進行變形監(jiān)測，利用5小時GPS觀測值求出監(jiān)測點平面位移分量中誤差約為±0.4mm；利用2小時GPS觀測值求出監(jiān)測點平面位移分量中誤差約為±0.6mm，利用1小時GPS觀測值求出監(jiān)測點平面位移分量中誤差約為±1.0mm。若利用兩個基準點，其監(jiān)測精度可進一步提高。測試結(jié)果表明，只要采取一定的措施，利用GPS技術(shù)進行各種工程變形監(jiān)測是可行的。
10.2.3 隔河巖水庫大壩外觀變形GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)
隔河巖水庫位于湖北省長陽縣境內(nèi)，是清江中游的一個水利水電工程——隔河巖水電站。隔河巖水電站的大壩為三圓心變截面重力拱壩，壩長653m，壩高151m。隔河巖大壩外觀變形GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)于1998年3月投入運行，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理三大部分組成。
1.數(shù)據(jù)采集
GPS數(shù)據(jù)采集分基準點和監(jiān)測點兩部分，由七臺AshtechZ-12GPS接收機組成。為提高大壩監(jiān)測的精度和可靠性，大壩監(jiān)測基準點宜選兩個，并分別位于大壩兩岸。點位地質(zhì)條件要好，點位要穩(wěn)定且能滿足GPS觀測條件。
監(jiān)測點能反映大壩形變，并能滿足GPS觀測條件。根據(jù)以上原則，隔河巖大壩外觀變形GPS監(jiān)測系統(tǒng)基準點為2個（GPS1和GPS2）、監(jiān)測點為5個（GPS3～GPS7）。
2.數(shù)據(jù)傳輸
根據(jù)現(xiàn)場條件，GPS數(shù)據(jù)傳輸采用有線（壩面監(jiān)測點觀測數(shù)據(jù)）和無線（基準點觀測數(shù)據(jù)）相結(jié)合方法，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖10-2所示。
3.GPS數(shù)據(jù)處理、分析和管理
整個系統(tǒng)七臺GPS接收機，在一年365天中，需連續(xù)觀測，并實時將觀測資料傳輸?shù)娇刂浦行?，進行處理、分析、貯存。系統(tǒng)反應時間小于10分鐘（即從每臺GPS接收機傳輸數(shù)據(jù)開始，至處理、分析、變形顯示為止，所需總的時間小于10分鐘），為此，必須建立一個有局域網(wǎng)，有一個完善地軟件管理、監(jiān)控系統(tǒng)。
本系統(tǒng)的硬件環(huán)境及配置如圖10-3。
整個系統(tǒng)全自動，應用廣播星歷1～2小時，GPS觀測資料解算的監(jiān)測點位水平精度優(yōu)于1.5mm（相對于基準點，以下同），垂直精度優(yōu)于1.5mm；6小時GPS觀測資料解算水平精度優(yōu)于1mm，垂直精度優(yōu)于1mm。
10.2.4 GPS在機場軸線定位中的應用
機場跑道中心軸線方位的精度，按機場等級不同而不同，最高精度應低于±1″，最低也應優(yōu)于±6″。自1992年開始，國內(nèi)各城市建立的新機場，其跑道的定向都已采用GPS來施測，如武漢天河國際機場，南京綠口國際機場，濟南國際機場，貴陽國際機場等。
在施測時應注意：（1）當方位精度要求±1″時，GPS基線解算一定要用精密軟件。（2）當要求提供大地方位角時，要顧及平面子午線收斂角和方向改化的影響；當要求提供天文方位角時，還要顧及垂線偏差的影響（有關(guān)計算公式見大地測量學）。
近年來，GPS還普遍用于電子加速器的工程施工控制測量，大橋施工控制網(wǎng)建立，海上勘探平臺沉降監(jiān)測，大橋墩動態(tài)實時形變監(jiān)測，高層建筑實時變形監(jiān)測等。