工程測繪中GPS測量技術的運用

莊健宏

（汕頭市潮陽區規劃測繪大隊）

1 引言

GPS即全球定位系統，是一種基于衛星的無線電導航定位系統，由全球通信衛星和接收設備組成。為用戶提供精確的三維坐標、時間信息和導航。隨著地球的數字化進程，微型電子技術和地理信息系統技術取得重大進展，衛星導航定位理論日趨成熟。傳統的工程測量技術已不能滿足當前工程精度的要求。隨著測量技術的發展，傳統的測量工具逐漸被高效率、高精度的GPS測量技術取代。

2 GPS測量技術的特點

2.1 GPS具有定位精度高的特點

通過對GPS測量技術在工程中的應用研究表明，在靜態相對穩定的狀態下，它可以在50km以內的基線實現1×10-6～2×10-6的定位準確度，如果其基線范圍從100～500km，然后準確定位它可以達到10-7～10-8，隨著GPS技術的不斷發展、更新和發展，如果基線范圍超過2000km，定位精度可優于10-9還高。在實時差分定位和實時定位中，GPS測量技術定位精度可以達到分米或厘米。能滿足工程測量和測繪的所有精度需要。

2.2 GPS測量技術的自動化程度很高，而且操作簡單

工程測繪的自動化程度非常重要，它直接關系到測繪的工作效率。在應用GPS測量技術和操作GPS測量技術的過程中，該技術具有自動化程度高、操作簡單的特點，操作人員只需使用儀器儀表進行數據的收集、測量，監測儀表的開關和其工作狀態，GPS系統中的設備可以自動捕獲衛星并跟蹤觀測項目以及記錄等。觀察項目結束后，操作人員只需關閉電源開關即可。

2.3 GPS技術的觀測時間較短

GPS可用于實時導航定位，這對高動態運動載體的導航就特別重要的。利用GPS接收機靜態相對定位時（邊長小于15km），在1h內采集數據即可獲得定位精度。兩臺機器可以測量至少4基線。如果使用快速靜態定位模式，則將使用雙頻接收器。本機只需要采集約5min時間；對于單頻接收機，只要它能觀察5個衛星也只需要收集約15min的時間。可見，利用GPS技術建立控制該網絡大大縮短了觀測時間，提高了運行效益。隨著GPS系統的不斷完善，隨著不斷更新的軟件和硬件，在20km的靜態相對定位只有15～20min；快速靜態相對定位測量時，當每個流動站與基準站分離在15hm，移動站的觀測時間只需1～2min。

3 GPS測量技術在工程測繪中的應用

3.1 精密工程應用

GPS測量精度高，它除了廣泛應用于一般工程測量外，在精密工程中廣泛使用。特別是近年來在橋梁工程、道路工程、隧道工程及管道工程的建設中，發揮十分重要的作用。比如隧道控制測量的使用，在工作面兩端或工作面中部開挖隧道，啟動基準測量方向控制隧道開挖方向，以確保隧道貫通精度。如果你使用傳統的測量方法，由于要求控制點必須通視，受施工機械設備、支撐結構影響，會導致測量工作變得十分復雜，而GPS測量的技術的應用，使用測量工作變更十分簡單，因此，在隧道工程控制測量中，GPS精密定位技術的應用非常廣泛。GPS測量技術在精密工程應用主要以控制測量為主，常用的技術是靜態GPS控制網，由兩個或兩個以上均勻分布的已知點，和均勻的三角形構成的網（如圖1）。

圖1

3.2 GPS在水下地形測繪中的應用

水下地形圖可應用于以下幾個方面：碼頭建設、海洋資源開發、海港建設等。測量水下地形圖，當繪制體積時，首先測量平面的位置，然后測量水的深度。相反，傳統的測繪工程，主要是利用測深儀來測量水深。在測量水深時，應用的原理主要是超聲波的工作原理。關于水位測量和水深測量是同時進行的，驗潮儀是測量的。這樣做的目的是使被測水的深度更為精確。事實上，最后一項是測量水面以下地形的高度。經緯儀或三電平轉發器儀器是主要用于測量平面位置的儀器。這些設備具有相同的特性，就是操作特別復雜，條件要求特別高，而且使用起來非常困難。隨著生活條件的改善，GPS測量技術也得到了相應的推廣和應用，GPS測量技術可以解決平面位置測量問題，但規模大。水下地形測繪采用差分GPS定位系統。

水下地形測量的主要任務是確定水下某一點的泥面標高，即該點的平面坐標（X，Y）和泥面標高H。

傳統的水下地形測量方法一般采用全站儀等方法定位，確定其平面坐標（x，y），而泥面標高h則需要通過驗潮求得。計算水面標高h0時，一般至少需要三個驗潮站，如果驗潮站少于3個或驗潮站在測點的同一側，則需要利用有關模型才能計算出測點的水面標高h0（如圖2）。通過驗潮可求得水面標高h0，

圖2

若測深儀換能器離水面的深度為h1，且由測深儀測得換能器至水底泥面的高度h2，則可求得測點的泥面標高h為：

若采用RTK GPS實時相位差分技術，將GPS天線架設在測深儀換能器的垂直上方，可實時求得厘米級的GPS天線的三維坐標（x，y，h）；即已知GPS天線的標高h3，GPS天線至換能器的高度為h4，則測點的泥面標高h為：

這樣我們不用通過驗潮改正，就可直接得到水底泥面的三維坐標，所有過程都由計算機軟件自動完成，工作效率成數倍的提高。

3.3 工程變形監測中的應用

工程變形是工程建設中經常遇到的問題，通常包括人為因素、建筑物或地殼的變形、建筑物的位移等。由于GPS測量在三維定位中的應用它具有精度高的優點，因而成為監測各種工程變形的一種非常有效的測量工作手段。近年來，建筑地下空間利率越來越高，地下三層及以上的超深基坑（開挖深度超過10m）頻繁設計建設，基坑支護結構的安全關系到項目建設的成敗，這就需要對基坑支護結構進行變形監測，包括支護結構的水平位移和沉降觀測等。傳統的監測方式是人工采用經緯儀或全站儀定時觀測、收集數據，然后輸入電腦進行分析，工作量非常大，又受人為因素的影響，精度普遍不高，且須收集的數據較多，測量時間較長，數據生成滯后。采用GPS測量技術進行變形觀測，通過在設計的觀測點埋設數據收集模塊，實時采集觀測點的三維坐標、時間參數等信息，直接傳輸到電腦，通過軟件模擬生成基坑支護結構的三維立體模形，可實現全天候數據采集與分析，變形超標直接報警，可確保基坑工程的施工安全，大大減少變形觀測的工作量。

4 結束語

通過以上分析，我們可以得出結論，GPS測量技術在工程測繪中應用，一方可以大大提高工程測繪的精度、準確度和有效性；另一方面，它對提高工作效率、降低勞動強度。對保證工程施工質量、保障工程施工安全、節約工程施工成本等方面均具有重要的現實意義。

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