論工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)

杜 平

（佛山市測(cè)繪地理信息研究院，廣東 佛山 528000）

GPS技術(shù)是由美國(guó)研發(fā)出來(lái)的，也叫衛(wèi)星定位技術(shù)。GPS系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分構(gòu)成，其軟件由程序員通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)完成設(shè)定其工作程序，硬件是由地面的信號(hào)接收設(shè)備以及組成衛(wèi)星的各種裝置構(gòu)成。GPS技術(shù)的高速發(fā)展，使其被大范圍的應(yīng)用。GPS技術(shù)應(yīng)用在工程測(cè)繪中，形成新的測(cè)繪技術(shù)，即GPS測(cè)繪技術(shù)[1]。GPS測(cè)繪技術(shù)的自動(dòng)測(cè)繪、高精度、操作簡(jiǎn)單并且全天候的良好特性，使其在工程測(cè)繪這一領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。除此之外，GPS測(cè)繪技術(shù)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、交通建設(shè)以及社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域也都取得了驕人的成績(jī)。目前工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)仍在不斷創(chuàng)新，不斷完善測(cè)繪精確度，致力全民提高工程測(cè)繪的質(zhì)量。

1 工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)工作原理

GPS測(cè)繪技術(shù)以GPS導(dǎo)航系統(tǒng)為測(cè)繪基本原理，通過(guò)GPS衛(wèi)星定位實(shí)現(xiàn)工程測(cè)繪。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)定為準(zhǔn)確率極高，因此有效的提高了工程測(cè)繪的精準(zhǔn)度。GPS測(cè)繪技術(shù)相比傳統(tǒng)的測(cè)角測(cè)距方法具有測(cè)繪精準(zhǔn)度高、成本低、節(jié)省人力物力等優(yōu)點(diǎn)，GPS測(cè)繪技術(shù)加快了工程測(cè)繪的發(fā)展速度。

GPS測(cè)繪技術(shù)通過(guò)記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到測(cè)繪工程所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)將時(shí)間乘以光速，完成測(cè)繪工程到衛(wèi)星的距離測(cè)量。然而受到大氣層電離層的干擾，使得計(jì)算出的距離并不是測(cè)繪工程與衛(wèi)星的真實(shí)距離，即偽距。因此在應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)繪時(shí)，GPS衛(wèi)星需要不斷隨機(jī)生成偽碼，隨機(jī)生成的偽碼由1和0二進(jìn)制碼元隨機(jī)組成[2]。然后GPS衛(wèi)星將隨機(jī)生成的偽碼以電文形式傳送到測(cè)繪者手中。

當(dāng)測(cè)繪者接收到衛(wèi)星傳遞的電文后，提取衛(wèi)星信號(hào)傳播的時(shí)間，與自己的時(shí)鐘進(jìn)行做對(duì)比，就可過(guò)得測(cè)繪工程與衛(wèi)星的實(shí)際距離。再結(jié)合衛(wèi)星電文中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，便可獲知測(cè)繪工程在大地坐標(biāo)系中的位置。

圖1 工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)工作原理示意圖

由于測(cè)繪者與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星的時(shí)間不能確保同步，因此，除了建立x、y、z三維坐標(biāo)的大地坐標(biāo)系，還要引進(jìn)Δt作為二者的時(shí)間差，然后應(yīng)用方程組計(jì)算出Δt的具體數(shù)值。并且想知道測(cè)繪工程的具體位置，必須利用4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，2臺(tái)以上接收機(jī)，依托差分定位原理來(lái)完成工程測(cè)繪。工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)工作原理示意圖如圖1所示。

2 工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)的特點(diǎn)

GPS測(cè)繪技術(shù)相比于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，具有測(cè)繪速率高、定位準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使其成為工程測(cè)繪中使用最廣泛的測(cè)繪技術(shù)。

GPS測(cè)繪技術(shù)結(jié)合電子科學(xué)技術(shù)，依托軟件技術(shù)，可以在15min內(nèi)完成20km范圍以?xún)?nèi)的工程測(cè)繪任務(wù)。當(dāng)基準(zhǔn)站與各移動(dòng)臺(tái)的之間的距離小于1.5km時(shí)，GPS測(cè)繪技術(shù)可以在2min內(nèi)完成目標(biāo)工程測(cè)繪。GPS測(cè)繪技術(shù)相比于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，具有更高的準(zhǔn)確度。

GPS測(cè)繪技術(shù)在定位5km的范圍之內(nèi)的目標(biāo)測(cè)繪工程時(shí)，目標(biāo)測(cè)繪工程的定位精度大約在5m～9m之間；在定位100km～150km的范圍之內(nèi)的目標(biāo)測(cè)繪工程時(shí)，目標(biāo)測(cè)繪工程的定位精度大約在6m～10m之間；在定位1000km的范圍之外的目標(biāo)測(cè)繪工程時(shí)，目標(biāo)測(cè)繪工程的定位精度大約在9m～10m之間[3]。

如果在對(duì)目標(biāo)測(cè)繪工程定位時(shí)，連續(xù)進(jìn)行小時(shí)以上的測(cè)繪，那么GPS測(cè)繪技術(shù)能將目標(biāo)工程的測(cè)繪數(shù)據(jù)誤差控制在1m以?xún)?nèi)，GPS測(cè)繪技術(shù)的極高準(zhǔn)確度使得傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)望塵莫及。

3 工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用

3.1 工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用流程

GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的工作通過(guò)3步來(lái)完成，首先系統(tǒng)定位測(cè)繪點(diǎn)，然后構(gòu)建測(cè)繪標(biāo)點(diǎn)最后測(cè)繪觀測(cè)。

首先系統(tǒng)定位測(cè)繪點(diǎn)要設(shè)置在視野比較廣闊的環(huán)境中，這樣既保證了測(cè)繪過(guò)程的安全便捷，同時(shí)又避免了多種干擾因素對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)傳輸和接收造成干擾。在設(shè)置完成系統(tǒng)定位測(cè)繪點(diǎn)后，要將測(cè)繪點(diǎn)準(zhǔn)確的記錄到圖紙中，記錄測(cè)繪點(diǎn)的工程測(cè)繪圖紙是后續(xù)的工程測(cè)繪的基礎(chǔ)。構(gòu)建GPS測(cè)繪技術(shù)測(cè)繪點(diǎn)時(shí)，首先要利用指示和提示兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)測(cè)繪點(diǎn)的作用，完成測(cè)繪點(diǎn)的構(gòu)建。隨后安裝GPS測(cè)繪標(biāo)志，GPS測(cè)繪標(biāo)志隨著工程測(cè)繪環(huán)境的改變也會(huì)不斷的改變。在完成設(shè)置系統(tǒng)定位測(cè)繪點(diǎn)、構(gòu)建GPS測(cè)繪技術(shù)測(cè)繪點(diǎn)后，要開(kāi)始進(jìn)行工程測(cè)繪。GPS定位系統(tǒng)中重要的測(cè)繪技術(shù)就是測(cè)繪觀測(cè)，依托室外的觀測(cè)結(jié)果，對(duì)應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)完成的工程測(cè)繪進(jìn)行嚴(yán)格的對(duì)比，只有測(cè)繪和觀測(cè)二者相結(jié)合，才能確保工程測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2 工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用范圍

GPS測(cè)繪技術(shù)以GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法完成工程測(cè)繪，在工程測(cè)繪中被廣泛應(yīng)用。在實(shí)際工程測(cè)繪中，GPS測(cè)繪技術(shù)主要應(yīng)用在工程變形的監(jiān)測(cè)、國(guó)土地形地貌測(cè)繪、工程建設(shè)測(cè)繪以及大地測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)等幾方面。

（1）工程的變形監(jiān)測(cè)中的GPS測(cè)繪技術(shù)，是指工程在建設(shè)過(guò)程中，會(huì)因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生相應(yīng)的位移，導(dǎo)致工程發(fā)生形變，應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)可以完成工程形變的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。工程的變形主要由地表沉降、陸地工程的變形以及圍堰大壩的變形，應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)可以在工程基準(zhǔn)設(shè)計(jì)、工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、工程觀測(cè)時(shí)段設(shè)計(jì)、工程監(jiān)測(cè)周期設(shè)計(jì)等各個(gè)階段起到變形觀察作用。

（2）國(guó)土地形地貌測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)，是指在國(guó)土地形地貌測(cè)繪工作中，應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分的方法來(lái)完成土地權(quán)屬界點(diǎn)的精確確定。在應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行國(guó)土地形地貌測(cè)繪時(shí)，一名測(cè)繪工作者僅需要幾秒鐘就能完成相關(guān)工作。首先測(cè)繪者在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)上獲取數(shù)據(jù)，然后接獲取的數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算，然后依托GPS系統(tǒng)便可完成國(guó)土地形地貌的測(cè)繪。

（3）工程建設(shè)測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)，是指在城市建設(shè)的過(guò)程中，需要將控制面積大、要求精度高、使用頻繁的城市規(guī)劃具體化，即嚴(yán)格劃分城市規(guī)劃區(qū)、建成區(qū)。應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)可以完成城市的整體規(guī)劃，提前做出城市建筑物的建筑計(jì)劃，從而減少對(duì)城市環(huán)境以及格局的影響。

（4）大地測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)中的GPS測(cè)繪技術(shù)，是指利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)來(lái)完成我國(guó)基礎(chǔ)控制網(wǎng)的測(cè)量工作。我國(guó)國(guó)土面積龐大，各個(gè)大地控制網(wǎng)點(diǎn)之間的距離都以千公里為單位，使用常規(guī)的測(cè)量工具根本無(wú)法完成距離的測(cè)量。同時(shí)在測(cè)量城市控制網(wǎng)時(shí)，需要頻繁使用測(cè)量工具，并要求測(cè)量工具測(cè)量面積廣精度高，常規(guī)測(cè)量工具的測(cè)量精度不均勻，嚴(yán)重影響城市控制網(wǎng)測(cè)量的精度。GPS測(cè)繪技術(shù)具有測(cè)繪速率高、定位準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，可以很容易的解決上述問(wèn)題，使得大地測(cè)量工作有了破性的進(jìn)展。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)工程測(cè)繪技術(shù)存在功效低、測(cè)繪質(zhì)量控制難以及勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)可以提高工程測(cè)繪數(shù)據(jù)的真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠性。

目前工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)仍在不斷創(chuàng)新，不斷提高測(cè)繪精確度，未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，GPS測(cè)繪技術(shù)將會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。