工程測量中GPS測量技術(shù)的實際應(yīng)用

鄭長海

（北京原祓注冊安全工程師事務(wù)所有限公司，北京 100166）

1 引言

GPS測量技術(shù)是一種以GPS技術(shù)為依托的工程測量手段，具備高度自動化、高精度的特點，由于優(yōu)勢十分明顯，越來越受到測量工作者的關(guān)注。工程測量涵蓋工程建設(shè)中的設(shè)計階段、施工階段與管理階段，在工程建設(shè)過程中有著不可替代的地位，此外，其對于測量手段的要求較高，必須要具備很高的精度，因此，探討工程測量中GPS測量技術(shù)并研究其實際應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

2 GPS測量技術(shù)概述

GPS是全球定位系統(tǒng)Global Positioning System的簡稱，是新型衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)，GPS最初研制是軍事運用，研制時間地點是在20世紀70年代的美國，在20世紀90年代時才得以全面建成，可以實現(xiàn)海、陸、空全面實時三維導航，并且實現(xiàn)高精準的定位。GPS系統(tǒng)的組成包含三大部分，一部分是空間部分，即GPS衛(wèi)星星座，第二部分是地面控制部分，也就是GPS系統(tǒng)當中的地面監(jiān)控系統(tǒng)，還有一部分是用戶設(shè)備部分，主要作用是用來接收GPS信號，GPS測量技術(shù)可以在短時間內(nèi)提供出精確的三維坐標，由點、線、面三種要素構(gòu)成，具備精準度高、高效性等特點，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，目前GPS技術(shù)已經(jīng)不單單用在軍事上，還用在民用交通導航、土地測量、野外考察、日常生活等多個領(lǐng)域。

目前，隨著通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，GPS與通信技術(shù)也實現(xiàn)了高效的結(jié)合，三維坐標的測定從原來的靜態(tài)逐漸變?yōu)閯討B(tài)，定位與導航也開始變成了實時測量，不再需要通過數(shù)據(jù)處理而得到，GPS技術(shù)的廣度與深度都得到了極大擴展。目前，GPS技術(shù)在地形、土地的測量中應(yīng)用十分廣泛，同時，在一些工程、地表沉陷等的監(jiān)測中，也有著十分廣泛的應(yīng)用。

3 GPS測量技術(shù)及特點分析

3.1 GPS定位技術(shù)

GPS定位技術(shù)是GPS測量技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛，也是最基礎(chǔ)的技術(shù)之一，GPS定位技術(shù)可以在任何時間、任何地點為用戶提供準確的位置信息服務(wù)，其主要原理是通過GPS接收機將信號接收過來，在誤差處理之后進行計算，從而得到準確的位置信息，隨后，將位置信息傳輸?shù)竭B接的設(shè)備當中，相關(guān)設(shè)備會對這些信息進行計算與變化，最后再傳輸給移動終端，實現(xiàn)定位功能。GPS定位技術(shù)主要分為三種，一種是基于Cell ID定位技術(shù)，主要是通過基站的Cell信息來定位到用戶所在的位置，精度受基站分布與覆蓋情況的影響；一種是基于AFLT的定位技術(shù)，也就是Advanced Forward Link Trilateration技術(shù)，該技術(shù)是CDMA特有技術(shù)，通過監(jiān)聽基站導頻信息、利用碼片的方式，在三角定位法的計算下得到最終的定位位置；最后一種是基于AGPS的定位技術(shù)，主要通過無線網(wǎng)絡(luò)的輔助來完成定位功能。

3.2 GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)指的是通過計算機的虛擬仿真功能，生成一種新型的模擬環(huán)境，屬于一門交叉技術(shù)前沿領(lǐng)域，通過計算機來實現(xiàn)對環(huán)境的三維立體化、模擬化。GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)指的是測量技術(shù)與計算機繪圖技術(shù)結(jié)合之后，虛構(gòu)出十分逼真的工程測繪環(huán)境，然后進行實地測繪，同時，還能及時通過三維圖形的方式將測繪流程以及一些安全重點顯現(xiàn)在計算機系統(tǒng)上，在一些地質(zhì)條件較為復雜、惡劣的區(qū)域，GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛也十分必要。而且，GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)還能夠查找并完善測量方案中出現(xiàn)的不足，確保測量技術(shù)應(yīng)用的精準度，目前GPS虛擬技術(shù)的應(yīng)用也十分廣泛，是GPS測量技術(shù)中十分重要的組成部分。

3.3 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是實時動態(tài)差分法Real-time kinematic的簡稱，是新型的GPS測量方法，與以往的靜態(tài)測量、動態(tài)測量以及快速靜態(tài)測量方法不同，RTK技術(shù)不需要在測量后進行解算，而是能夠?qū)崟r得到厘米級定位精度，主要采用的方法是載波相位動態(tài)實時差分法，在GPS應(yīng)用的過程中，具備重要意義，在工程放樣、地形測圖等環(huán)節(jié)得到了極大的應(yīng)用，在很大程度上提升了外業(yè)作業(yè)效率[1]。RTK技術(shù)具備作業(yè)自動化、測繪功能極佳等特點，在測繪內(nèi)業(yè)、外業(yè)的應(yīng)用上都能夠很好的勝任，可以減少輔助測量工作，降低人為誤差，同時，RTK技術(shù)的作業(yè)條件要求比較低，受通視條件、節(jié)氣、可見度等因素的影響較小，在一些難通視地區(qū)或者是惡劣天氣依然可以達到極高的作業(yè)效率。最后，RTK技術(shù)的操作難度較低，對數(shù)據(jù)的處理十分迅速、準確。

3.4 GPS測量技術(shù)的特點

3.4.1 快速定位

GPS技術(shù)是一種先進的技術(shù)手段，其每一項配置都比較完善，在定位時采用的是實時動態(tài)定位模式，定位速度快，而且可以實現(xiàn)實時定位，提供三維坐標，在實際應(yīng)用的過程中效率較高。同時，觀測站之間不需要通視，在選點上可以更加靈活，但是需要注意確保觀測站上空的開闊性，以免影響到GPS衛(wèi)星信號的接收。

3.4.2 全天候觀測

GPS技術(shù)的特點決定了GPS的觀測可以在任何地點、任何時間下實現(xiàn)連續(xù)觀測，而且通常情況下也不會受天氣狀況的影響。而且，GPS測量技術(shù)的觀測時間非常短，GPS控制網(wǎng)下各觀測站的觀測時間一般在30min左右，通常都不會超過40min，如果在觀測時選擇快速靜態(tài)定位法，將會進一步縮短GPS測量技術(shù)的觀測時間。

3.4.3 定位精度高

定位精度高是GPS測量技術(shù)的主要特點，一般情況下，雙頻GPS接收機的精度約為5mm+1×D，與紅外儀表的5mm+5×D相比，精度不相上下，但是在長距離定位上，GPS定位精度的優(yōu)越性會逐漸顯現(xiàn)出來，距離越長越能夠顯現(xiàn)出GPS定位的高精度、高準確性等特點。

3.4.4 操作簡單、便捷

GPS測量技術(shù)目前具備極高的自動化程度，在GPS接收機的發(fā)展上，越來越趨向于操作簡單化、體積小型化，在進行觀測時，只需要對中天線并進行整平，在掌握天線高度之后將電源打開，GPS測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動觀測，自動接收到測量信息，從而得到被測點的三維坐標，為觀測工作帶來了極大的便利。

4 GPS測量技術(shù)在工程測量中的實際應(yīng)用

4.1 測定水下地形圖

在海洋資源開發(fā)利用中，需要應(yīng)用GPS測量技術(shù)來測定水下地形圖，首先需要采用三維測定的方式對海洋水資源的深度與平面的位置進行測定，然后通過微機繪制出水下地形圖，在GPS測量技術(shù)的應(yīng)用下，水下地形圖的精確度非常高，對于海洋資源開發(fā)工程而言具有重要作用。傳統(tǒng)水深的測定都是通過測探儀來實現(xiàn)，還必須要結(jié)合潮位儀進行測定，傳統(tǒng)的平面位置確定通常要使用經(jīng)外測距儀、經(jīng)緯儀等無線電定位設(shè)備，一整套測量設(shè)備不僅繁重而且操作起來極其復雜，對于外界條件的要求也比較高，具備很大的局限性[2]。而利用實時差分GPS技術(shù)可以將潮位儀、測探儀、測距儀等儀器連接起來，形成一套完善的水下測繪系統(tǒng)，首先通過DGPS接收機將GPS衛(wèi)星信號接收進來，然后接收差分基站的信號，之后通過對基臺的利用對這些數(shù)據(jù)進行處理和校正，進一步降低和修正測量誤差。

4.2 海上工程測量定位

后處理差分GPS動態(tài)定位技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大比例尺的測繪，還可以進行海上工程的測量定位，功能的實現(xiàn)主要是通過差分基站的GPS接收機與船站的GPS接收機，這兩樣設(shè)備是不可缺少的，通過兩個站點的接收機實現(xiàn)對同衛(wèi)星組導航信號的同步測量，然后經(jīng)由基站的處理得到校正值，對測量后的數(shù)據(jù)進行及時修正。后處理差分GPS動態(tài)定位技術(shù)在技術(shù)要求上，需要差分基站與船站的當天記錄和處理不得少于3個同衛(wèi)星信號與數(shù)據(jù)的接收，然后將所有信號與數(shù)據(jù)拷貝到同一臺計算機當中進行處理，之后，應(yīng)用后差分軟件進行修正，同時，根據(jù)時間對應(yīng)法校正GPS的觀測數(shù)據(jù)，從而得到精確的地理坐標。近些年來，隨著我國資源短缺問題的不斷深化，海洋資源開發(fā)利用已經(jīng)成為一個重要的能源開發(fā)項目，海上工程也變得越來越多，因此，后處理差分GPS動態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用十分重要。

4.3 施工臨時水準點測量

工程測量中的水準測量是重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的測量技術(shù)都是在實地預測不嚴密的情況下進行測量，這樣的測量結(jié)果具備一定的不準確性，水準點的距離普遍偏遠一些，給施工帶來了較大的難度。在GPS測量技術(shù)的施工臨時水準點測量指的是，應(yīng)用GPS接收機采集GPS衛(wèi)星的導航信號，從而確定施工的臨時水準點，其作業(yè)流程主要包括天線的安置、GPS接收機的運用以及對觀測內(nèi)容進行記錄等。需要根據(jù)技術(shù)設(shè)計要求中的觀測計劃進行外業(yè)觀測，以便更好地將進程協(xié)調(diào)完成，提升外業(yè)觀測的整體效率，確保測量結(jié)果的準確性。例如，在一些大型公路工程測量工作中，就可以運用GPS測量技術(shù)進行地形測量，通過衛(wèi)星同步照片了解當?shù)氐牡匦蔚孛驳龋瑴y量出施工臨時水準點。

4.4 地籍與房地產(chǎn)測繪

地籍與房地產(chǎn)測繪中GPS測量技術(shù)的應(yīng)用主要是RTK技術(shù)的應(yīng)用，在分析GPS觀測數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行有效處理之后，可以將這些數(shù)據(jù)直接錄入到GIS系統(tǒng)當中，從而獲取精準的定位圖。如果地區(qū)處于衛(wèi)星遮蔽地帶，難以實現(xiàn)精準的定位，可以利用一些測量儀器通過圖解法來實現(xiàn)對該地域的細致化測量，例如全站儀、經(jīng)緯儀等。在房地產(chǎn)測繪中，RTK技術(shù)主要應(yīng)用在地質(zhì)勘測上，RTK技術(shù)可以實現(xiàn)對界樁位置的精準測定，還可以在勘測放樣、量算之后，將土地的使用范圍、使用面積等信息準確測定出來[3]。另外，RTK技術(shù)還廣泛應(yīng)用于土地利用的動態(tài)監(jiān)測，不僅具備高精準度的優(yōu)勢，還能夠節(jié)省成本，降低施工時間，對于土地利用情況的實時監(jiān)測起著重要的基礎(chǔ)作用。

4.5 橋梁、隧道工程測繪

隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁、隧道工程變得越來越多，但是由于橋梁、隧道工程建設(shè)的復雜性，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)具備很大的局限性，不僅容易被外界因素干擾，測量工作量與時間都無法得到保障，而且測量精度也相對較低。一般情況下，在大型橋梁工程中，工程跨越的地域面十分廣泛，很難實現(xiàn)兩岸通視，在一些大型隧道工程中，隧道的長度比較長，受地勢等因素的影響，隧道內(nèi)會存在一些彎道，也無法達到兩岸通視，這就為測量工作帶來了極大的不便，傳統(tǒng)測量方式很難實現(xiàn)有效測量。而GPS測量技術(shù)受外界因素干擾較小，精準度較高，在橋梁、隧道工程的測繪中具備良好的應(yīng)用效果，能夠降低成本，提升工程的施工進度，提高測量的精準度。

4.6 形變工程測繪

在工程建設(shè)的過程中，工程變形問題屬于比較常見的問題，一般情況下，都是人為因素導致，一旦出現(xiàn)形變問題，不僅會拖延施工進度、提升施工成本，還有可能會出現(xiàn)安全事故，因此，形變控制是工程建設(shè)過程中的重要內(nèi)容。在工程測量中，形變測量是十分重要的，GPS測量技術(shù)的高測繪精度在形變測量中的優(yōu)勢十分明顯，通過GPS測量技術(shù)獲取測量信息的分析，可以有效找到形變控制方法。例如，在水電站大壩建設(shè)的過程中，受到水負荷壓力的影響，很容易導致大壩出現(xiàn)形變，不利于大壩的正常運行，這時，就可以利用GPS測量技術(shù)對大壩進行嚴密監(jiān)測，并且要連續(xù)性檢測，水電站的監(jiān)測人員選擇一個最佳的基準站，然后在大壩變形區(qū)域內(nèi)選擇合適的監(jiān)測點并安裝GPS接收機，這樣就能實現(xiàn)對壩體的實時監(jiān)測，但是需要注意的是，基準站的建立必須要遠離壩體。

5 結(jié)語

綜上所述，本文對工程測量中GPS測量技術(shù)的實際應(yīng)用進行了深入探討，由于GPS技術(shù)具備較大的優(yōu)勢，因此，目前在工程測量過程中的應(yīng)用是十分廣泛的，GPS能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位與實時定位、全天候觀測，并且定位精度較高、操作起來十分簡便，在眾多領(lǐng)域都有著重要作用。隨著工程建設(shè)項目的增多，工程測量中GPS測量技術(shù)的應(yīng)用將會越來越廣泛，因此，必須要加強對GPS測量技術(shù)的研究，從而推動我國工程測量技術(shù)的發(fā)展。