工程測(cè)繪中GPS定位測(cè)量技術(shù)的重要作用

王彥魁

濮陽(yáng)縣基建投資審計(jì)中心

工程測(cè)繪中GPS定位測(cè)量技術(shù)的重要作用

王彥魁

濮陽(yáng)縣基建投資審計(jì)中心

作為一種高效測(cè)量技術(shù)，在工程測(cè)繪施工中，GPS測(cè)量技術(shù)起到關(guān)鍵性的作用。在測(cè)量質(zhì)量控制中，應(yīng)對(duì)GPS系統(tǒng)的定位原理、組成部分及控制方式等進(jìn)行分析，只有這樣才能確保作業(yè)模式、接收機(jī)選擇的合理性，才能提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實(shí)性，才能為工程整體質(zhì)量的提升提供可靠的保障。為此，本文主要對(duì)GPS系統(tǒng)的工作原理、作業(yè)模式及工程測(cè)繪中的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

工程測(cè)量；GPS 系統(tǒng)；工作原理

美國(guó)軍方于上世紀(jì)70年代研發(fā)出了GPS技術(shù)，隨后應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。作為一種高新技術(shù)，在工程測(cè)量、大地測(cè)繪等方面發(fā)揮著重要的作用。工程測(cè)繪施工中，GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用與推廣，促使傳統(tǒng)測(cè)繪方式產(chǎn)生了巨大的變革，該技術(shù)也成功地取代了傳統(tǒng)勘測(cè)方式，成為了工程地理信息三維坐標(biāo)獲取的重要途徑，在工程測(cè)繪數(shù)據(jù)化與自動(dòng)化發(fā)展中起著重要作用。但具體測(cè)量施工中，還存在諸多問(wèn)題，為降低測(cè)量偏差，必須對(duì)工程GPS測(cè)量質(zhì)量加以控制，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為工程事業(yè)的發(fā)展提供可靠的保障。

一、GPS系統(tǒng)的工作原理

GPS 測(cè)量過(guò)程中，基準(zhǔn)站把全部接收的衛(wèi)星信息與其基準(zhǔn)站信息利用通訊系統(tǒng)向各個(gè)流動(dòng)站進(jìn)行傳遞。在衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收中各個(gè)流動(dòng)站還可進(jìn)行基準(zhǔn)站傳遞信息的接收，如流動(dòng)站將初始化工作完成后，控制器就可以利用接收到的信息進(jìn)行及時(shí)計(jì)算，并將流動(dòng)站點(diǎn)位坐標(biāo)顯示出來(lái)。

GPS接收機(jī)（2臺(tái)或2臺(tái)以上）、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、有關(guān)處理軟件為GPS RTK系統(tǒng)的重要組成部分。現(xiàn)階段主要選取雙頻機(jī)作為GPS接收機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備則具有較多形式，以無(wú)線(xiàn)電臺(tái)為主，電臺(tái)發(fā)射信號(hào)半徑的大小將對(duì)GPS RTK作業(yè)范圍的大小產(chǎn)生重大影響。在處理軟件選擇中，要求其必須能夠?qū)φ芪粗獢?shù)進(jìn)行快速結(jié)算，并能對(duì)用戶(hù)站在WGS-84下的坐標(biāo)進(jìn)行結(jié)算，同時(shí)能夠轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)與高程系統(tǒng)等。

二、GPS 作業(yè)模式

1、快速靜態(tài)測(cè)量。選取該測(cè)量模式，要求在每個(gè)用戶(hù)站上GPS接收機(jī)能夠進(jìn)行靜止觀測(cè)。在觀測(cè)應(yīng)用中，與接收到的基準(zhǔn)站同步觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整周未知數(shù)、用戶(hù)站三維坐標(biāo)的實(shí)時(shí)解算。當(dāng)解算結(jié)果變化較為穩(wěn)定，精度符合設(shè)計(jì)規(guī)定，即可完成觀測(cè)。

2、動(dòng)態(tài)測(cè)量。在觀測(cè)工作開(kāi)始前，要求流動(dòng)站接收機(jī)在某個(gè)起始點(diǎn)進(jìn)行靜止觀測(cè)，以此為整周未知數(shù)快速解算提供便利。初始化工作中，在各個(gè)觀測(cè)站上流動(dòng)接收機(jī)可對(duì)基準(zhǔn)站同步觀測(cè)數(shù)據(jù)、三維坐標(biāo)等進(jìn)行測(cè)量。

3、動(dòng)態(tài)觀測(cè)。動(dòng)態(tài)測(cè)量模式需要先在某個(gè)起始點(diǎn)進(jìn)行幾分鐘靜止觀測(cè)，以此為初始化工作提供便利。根據(jù)預(yù)定采樣時(shí)間運(yùn)動(dòng)接收機(jī)可間隔自動(dòng)觀測(cè)，并對(duì)基準(zhǔn)站同步觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)觀測(cè)，實(shí)時(shí)對(duì)采樣點(diǎn)空間位置進(jìn)行確定。該測(cè)量模式，在觀測(cè)應(yīng)用中，必須對(duì)觀測(cè)衛(wèi)星進(jìn)行不間斷跟蹤。如出現(xiàn)失鎖情況，必須進(jìn)行幾分鐘靜止觀測(cè)，為重新初始化提供便利。

三、GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的控制

1、GPS RTK技術(shù)在地籍和房地產(chǎn)工程測(cè)繪中的應(yīng)用

地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中應(yīng)用RTK技術(shù)測(cè)定每一宗土地的權(quán)屆界址點(diǎn)以及測(cè)繪地籍與房地產(chǎn)圖，能實(shí)時(shí)測(cè)定有關(guān)界址點(diǎn)及一些地物點(diǎn)的位置并能達(dá)到厘米級(jí)精度。將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GIS系統(tǒng)，可及時(shí)地、精確地獲得地籍和房地產(chǎn)圖。但在影響GPS衛(wèi)星信號(hào)接收的遮蔽地帶，應(yīng)使用全站儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量工具，采用解析法或圖解法進(jìn)行細(xì)部測(cè)量。

在建設(shè)用地勘測(cè)定界測(cè)量中.RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)地測(cè)定界樁位置，確定土地使用界限范圍，計(jì)算用地面積。利用RTK技術(shù)進(jìn)行勘測(cè)定界放樣是坐標(biāo)的直接放樣 ，建設(shè)用地勘測(cè)定界中的面積量算，實(shí)際上由GPS軟件中的面積計(jì)算功能直接計(jì)算并進(jìn)行檢核。避免了常規(guī)的解析法放樣的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了建設(shè)用地勘測(cè)定界的工作程序。

在土地利用動(dòng)態(tài)檢測(cè)中，也可利用GPS技術(shù)。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)野外檢測(cè)采用簡(jiǎn)易補(bǔ)測(cè)或平板儀補(bǔ)測(cè)法，如利用鋼尺用距離交會(huì)、直角坐標(biāo)法等進(jìn)行實(shí)測(cè)丈量，對(duì)丁變通范圍較大的地區(qū)采用平板儀補(bǔ)測(cè)。這種方法速度慢、效率低，而應(yīng)用 GPS 新技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)則可提高檢測(cè)的速度和精度，省時(shí)省工，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證丁土地利用狀況調(diào)查的現(xiàn)實(shí)性。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

在以往的工程測(cè)繪中，一般多數(shù)都需要人工進(jìn)行工作，這就加大了各類(lèi)安全事故發(fā)生率。在工程測(cè)繪利用GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行工程測(cè)繪環(huán)境的創(chuàng)建，因其具有逼真和相互作用的特點(diǎn)，為此，其更適合某些地質(zhì)條件較為復(fù)雜地區(qū)的實(shí)地測(cè)繪。應(yīng)用GPS系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)繪圖和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以快速、有效地將工程測(cè)繪的全部流程以及應(yīng)注意的安全事項(xiàng)等重點(diǎn)項(xiàng)目，以一系列三維圖像清楚地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。如果工程測(cè)繪中測(cè)量技術(shù)應(yīng)用效果不佳，為此，在進(jìn)行測(cè)量前，要認(rèn)真分析模擬流程。當(dāng)前，GPS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被普遍運(yùn)用于國(guó)內(nèi)部分礦井工程項(xiàng)目的測(cè)繪中，應(yīng)用其演練測(cè)量方案，查找出測(cè)量方案中所存在弊端和問(wèn)題，并及時(shí)對(duì)其加以修改和完善，最終確保在工程測(cè)繪中盡可能發(fā)揮出GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)具備的作用。

3、GPS在水下工程中測(cè)繪中的應(yīng)用

海洋資源的開(kāi)發(fā)利用、海岸碼頭和港口的建設(shè)、航道的整治等水下工程都需要精度非常高的地形測(cè)繪圖，GPS 技術(shù)的三維測(cè)定技術(shù)能夠?qū)λ鹿こ痰臋M向和縱向位置進(jìn)行高精度測(cè)定，然后利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行地形圖的繪制。在水下工程縱向方面的測(cè)量利用測(cè)深儀，根據(jù)超聲波在水下傳播的時(shí)間得出水深，與此同時(shí)潮位儀還要進(jìn)行潮位測(cè)定，來(lái)更正水深和地形的高程。橫向位置的測(cè)量采用差分GPS 技術(shù)，解決了以前采用經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)定位儀器而產(chǎn)生的操作繁瑣、抗外界干擾性低等問(wèn)題，提高了水下工程的測(cè)繪。

4、在大型橋梁以及隧道工程測(cè)量中的具體作用

在傳統(tǒng)的大型橋梁工程測(cè)量控制網(wǎng)的建立過(guò)程中，由于技術(shù)條件的限制，多采用常規(guī)的控制測(cè)量手段，也就是通過(guò)經(jīng)緯儀、測(cè)距儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量設(shè)備來(lái)建立測(cè)角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)。這些常規(guī)的控制測(cè)量手段工作量大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，受氣候、環(huán)境等條件影響顯著，而且誤差積累顯著。隨著大型橋梁工程的不斷涌現(xiàn)，尤其像杭州灣跨海大橋這樣跨海長(zhǎng)度達(dá)到30千米的大橋亦出現(xiàn)了。對(duì)于這些大型橋梁工程，由于兩岸通視極為困難，要用傳統(tǒng)測(cè)量方法直接布設(shè)大橋工程控制網(wǎng)及進(jìn)行大橋施工測(cè)量是非常不容易的。為此，研究一種適合于大型橋梁工程建設(shè)的高精度控制測(cè)量及施工測(cè)量的方法非常必要。而GPS技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展給此類(lèi)問(wèn)題的解決提供了可能。 量精度則控制于-10毫米到+10毫米的范圍，由此可見(jiàn)，變形監(jiān)測(cè)中GPS技術(shù)尤為重要。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工程測(cè)量應(yīng)用也越加廣泛。GPS技術(shù)作為工程測(cè)量的重要技術(shù)之一，在嚴(yán)重遵循GPS 技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，要求相關(guān)單位在工程測(cè)量中，必須重視GPS技術(shù)作業(yè)模式，對(duì)其性能進(jìn)行全面把握，進(jìn)一步研究GPS 技術(shù)，對(duì)其應(yīng)用方法進(jìn)行優(yōu)化，只有這樣才能提升工程測(cè)量的精度與效率，才能為工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展提供可靠的保障。

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［4］ 王雙喜，許堅(jiān).精密GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）中衛(wèi)星的選擇［J］.測(cè)繪與空間地理信息.2014（05）