GPS測量技術(shù)在工程測繪中的實(shí)際應(yīng)用

平國生

【摘 要】 隨著國內(nèi)工程建設(shè)與GPS測量技術(shù)的快速發(fā)展，GPS測量技術(shù)在工程測繪中得以廣泛的應(yīng)用，并起到了不可替代的作用。本文就當(dāng)前GPS測量技術(shù)的概況和特點(diǎn)，探析了在工程測繪中常用的幾類GPS測量技術(shù)及其應(yīng)用原理，并分類研究了它們?cè)诠こ虦y繪中的實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 GPS測量技術(shù)；工程測繪；實(shí)際應(yīng)用

一、 GPS測量技術(shù)概況及特點(diǎn)

1.1 GPS測量技術(shù)概況

相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)，GPS測量技術(shù)在精確度、速度、操作程序、測量范圍和費(fèi)用等方面都體現(xiàn)了較大的優(yōu)越性。隨著國內(nèi)工程測繪行業(yè)的快速發(fā)展，GPS測量技術(shù)在該行業(yè)的到了廣泛的應(yīng)用，也促進(jìn)了工程測繪領(lǐng)域的重大革新。

GPS系統(tǒng)是于1973 年l2月美國國防部批準(zhǔn)研制的以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無限電測時(shí)導(dǎo)航或全球定位系統(tǒng)，由地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶設(shè)備GPS接收機(jī)和空間GPS衛(wèi)星星座三大部分組成。隨著GPS系統(tǒng)限制逐步放寬，以及系統(tǒng) 可用性、可靠性和安全性的改善，使得GPS系統(tǒng)精密工程測繪領(lǐng)域得到更廣泛深入的應(yīng)用。測繪人員通過利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)構(gòu)建GPS網(wǎng)來超遠(yuǎn)距離傳輸實(shí)地測量數(shù)據(jù)給工程測繪管理部門，以保證測量工作的連續(xù)性、有效性和精確性。

1.2 GPS測量技術(shù)特點(diǎn)

GPS測量技術(shù)主要具有定位精度高，觀測時(shí)間短，測站間無需通視，儀器操作簡便，全球全天候統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)定位等功能特點(diǎn)。經(jīng)過不斷的研發(fā)實(shí)踐，GPS靜態(tài)相對(duì)定位的精度及其測量基線的精度有大幅提高，在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的精度上也取得突破，基本上對(duì)于監(jiān)測大型工程的結(jié)構(gòu)變形上，平面精度可提高至亞毫米級(jí)，高程精度控制于1mm左右。GPS系統(tǒng)、控制網(wǎng)和軟件水平的逐步完善，使其觀測時(shí)間極大地縮短，作業(yè)效率也有很大的提高。GPS系統(tǒng)與衛(wèi)星間保持通視，可隨時(shí)隨地進(jìn)行監(jiān)測工作，大量減少了測站間通視所需時(shí)間和費(fèi)用。隨著GPS接收機(jī)的不斷改進(jìn)，GPS測量也逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其測量儀器簡而易，操作也較為簡單。大量GPS衛(wèi)星均勻分布于天際，實(shí)現(xiàn)了GPS網(wǎng)絡(luò)全球連續(xù)覆蓋，使得其監(jiān)測工作全球全天候進(jìn)行，而無任何干擾。由GPS基線網(wǎng)投影變換成工程測繪所需的測量控制網(wǎng)，形成全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)體系；又因?yàn)镚PS基線網(wǎng)投影變換與常規(guī)地面網(wǎng)測量控制點(diǎn)原點(diǎn)和起始方向都相同，所以其轉(zhuǎn)換計(jì)算也較為簡單。

二、 在工程測繪中常用的GPS測量技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用

在工程測繪中，GPS測量技術(shù)種類很多，應(yīng)用也很廣泛；其中較常用的GPS測量技術(shù)有GPS定位技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和RTK技術(shù)。

2.1 GPS定位技術(shù)及其應(yīng)用

2.1.1 GPS定位技術(shù)

GPS定位技術(shù)在工程測繪過程中的基本應(yīng)用原理為利用物理學(xué)與幾何學(xué)原理通過結(jié)合GPS系統(tǒng)空間分布衛(wèi)星與地面接收裝置，對(duì)物體進(jìn)行多方位的測量。當(dāng)前國內(nèi)廣泛應(yīng)用工程測繪領(lǐng)域的GPS定位技術(shù)主要有靜態(tài)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)模式，其中靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)是由測繪技術(shù)員通過對(duì)多臺(tái)排成一條基線的地面接收裝置，同步觀測45分鐘，并統(tǒng)計(jì)和處理觀測數(shù)據(jù)與結(jié)果的技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程；而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位須先選取點(diǎn)位較為精確的控制點(diǎn)作為測控站，再利用一或多臺(tái)地面接收裝置，依據(jù)載波相對(duì)觀測量，對(duì)不同角度的動(dòng)態(tài)信息連續(xù)觀測。一般在使用定位技術(shù)時(shí)，GPS接收機(jī)需要同時(shí)接收四顆衛(wèi)星，才能進(jìn)行三維定位；而要使定位精度達(dá)到厘米級(jí)別，則至少需接收5顆以上的衛(wèi)星。

2.1.2 實(shí)際應(yīng)用

（1）采用實(shí)時(shí)差分GPS定位測定水下地形圖

在進(jìn)行海洋資源開發(fā)利用的過程中，需要通過對(duì)水深和平面位置的三維測定并利用微機(jī)繪制精密的水下地形圖。過去在測定水深時(shí)，常利用測深儀依據(jù)超聲波測量水深的原理測定，再利用潮位儀進(jìn)行潮位測定，以修正水深測量值，得到水下地形的高程；同時(shí)利用采用經(jīng)外測距儀、經(jīng)緯儀或應(yīng)答器等無線電定位設(shè)備測量平面位置；最后確定三維體系。這套測量體系操作復(fù)雜，且對(duì)外界條件要求苛刻。而采用實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)可將潮位儀、測深儀、差分DGPS接收機(jī)以及終端設(shè)備結(jié)合起來， 構(gòu)成一套完整的水下測繪系統(tǒng)。在進(jìn)行實(shí)地測繪使，首先利用DGPS接收機(jī)接收的GPS衛(wèi)星信號(hào)以及差分基站的校正信號(hào)，再用基臺(tái)校正數(shù)據(jù)，修正測量誤差。其間DGPS接收機(jī)可將測定的坐標(biāo)參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過計(jì)算與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在彩色顯示屏上實(shí)時(shí)顯示所需測定的數(shù)據(jù)。

（二）采用后處理差分GPS動(dòng)態(tài)定位進(jìn)行海上工程測量定位

GPS后差動(dòng)態(tài)定位是在差分基站和船站分設(shè)GPS接收機(jī)，對(duì)來自相同衛(wèi)星組的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行同步測量，再通過基站所得校正值，進(jìn)行測后數(shù)據(jù)修正。該技術(shù)要求差分基站與船站同日?qǐng)?bào)收、記錄和處理來自至少三顆相同衛(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，拷入同一計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理；再利用后差分軟件計(jì)算差分改正數(shù)。然后按照時(shí)間對(duì)應(yīng)的方法對(duì)GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以求得修正后的船載接收機(jī)天線所在位置的精確地理坐標(biāo)；其所得最終的數(shù)據(jù)與框圖可用于大比例尺測繪及海上工程的測量定位。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用

2.2.1 GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是通過結(jié)合計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)虛構(gòu)逼真且相互作用的工程測繪環(huán)境對(duì)一些地質(zhì)條件較復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行實(shí)地測繪，并及時(shí)有效地將測繪流程及相應(yīng)安全要點(diǎn)，以三維圖形的形式在計(jì)算機(jī)上顯示出來；最后還要查出并及時(shí)修正和完善測量方案中存在的問題，以確保GPS測量技術(shù)的精確性。

2.2.2 實(shí)際應(yīng)用——施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的測量

在工程測繪的水準(zhǔn)測量中，設(shè)計(jì)單位在未進(jìn)行嚴(yán)密的實(shí)地預(yù)測的情況下，應(yīng)用傳統(tǒng)測量技術(shù)進(jìn)行測量，使得出的水準(zhǔn)點(diǎn)普遍距離較遠(yuǎn)，施工時(shí)使用也不便。施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的測量與確定是指利用GPS接收機(jī)通過天線安置、接收機(jī)操作和觀測記錄等作業(yè)流程采集來自GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)。首先要嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)所擬定的觀測計(jì)劃實(shí)施外業(yè)觀測，以協(xié)調(diào)好進(jìn)程，提高外業(yè)觀測的工作效率，從而保證測量成果的精度。如在部分大型公路工程項(xiàng)目的實(shí)地測量工作中，測量人員可以通過應(yīng)用GPS測量技術(shù)得以觀看衛(wèi)星同步圖片，進(jìn)而根據(jù)實(shí)地地形地貌對(duì)路基高度進(jìn)行全面分析，同時(shí)可沿路線方向房基、機(jī)井臺(tái)等較堅(jiān)固處間隔200～250m左右，補(bǔ)置一個(gè)施工用水準(zhǔn)點(diǎn)，并詳細(xì)記錄各加密水準(zhǔn)點(diǎn)位置。

2.3 RTK技術(shù)及其應(yīng)用

2.3.1 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是一種能夠準(zhǔn)確地對(duì)界址點(diǎn)以及一些地物點(diǎn)的位置進(jìn)行精確度可達(dá)厘米級(jí)的實(shí)時(shí)測定技術(shù)。

2.3.2 實(shí)際應(yīng)用——地籍與房地產(chǎn)測繪

RTK技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域也比較廣泛，尤其是在地籍與房地產(chǎn)領(lǐng)域，只須對(duì)GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，可直接錄入GIS系統(tǒng)，便可得到精確的定位圖；對(duì)于衛(wèi)星遮蔽地帶，可輔以其他測量儀器（如全站儀、經(jīng)緯儀等）利用圖解法進(jìn)行細(xì)部測量。在房地產(chǎn)建設(shè)中，RTK技術(shù)常被用于地質(zhì)勘測，它不僅能對(duì)界樁位置進(jìn)行準(zhǔn)確測定，還能通過勘測放樣及量算，測出土地使用范圍與面積。除此之外，該技術(shù)還常被用于土地利用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，既省工省時(shí)，且精度高，為土地利用情況的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

經(jīng)理論與實(shí)踐證明，GPS測量技術(shù)在工程測繪中，不僅能夠提高工程測繪的可靠性和作業(yè)效率，還極大的降低了作業(yè)強(qiáng)度，以適應(yīng)“快節(jié)奏”的時(shí)代要求，當(dāng)然在使用該技術(shù)時(shí)，也存在一些隱在的誤差，還須我們進(jìn)行不斷的探索和改良。

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