GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

李媛麗

摘? ? 要：要想不斷提高GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用水平，為工程質(zhì)量提供保障，就要不斷完善GPS測(cè)繪技術(shù)，掌握GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，找出應(yīng)用過程中存在的問題并進(jìn)行解決，最終才能提高GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用水平，最終才能促進(jìn)工程測(cè)繪效率、質(zhì)量的不斷提高。

關(guān)鍵詞：GPS測(cè)量技術(shù);工程測(cè)量;應(yīng)用

1? 引言

GPS測(cè)繪技術(shù)打破了傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)操作復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、效率低下、精確度低等缺點(diǎn)，憑借著高效率、高精確度、操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短等特點(diǎn)在測(cè)繪工程中得到了大力應(yīng)用，未來(lái)的發(fā)展前景也十分廣闊。

2? GPS定位的基本原理

GPS系統(tǒng)測(cè)量衛(wèi)星到接收機(jī)的距離是根據(jù)衛(wèi)星向地面發(fā)射的電磁波信號(hào)傳播然后反射回衛(wèi)星的時(shí)間計(jì)算得到的。電磁波信號(hào)內(nèi)加載有鋇」距碼，這種方法由于測(cè)距碼存在不足，距離測(cè)量的精度不高，對(duì)于一些對(duì)測(cè)量精度高的領(lǐng)域還是無(wú)法直接應(yīng)用。因此后面就把測(cè)量的信號(hào)直接變?yōu)檩d波，載波有自身的很多優(yōu)點(diǎn)，最主要的還是波長(zhǎng)短，測(cè)量得到的距離精度高。

GPS定位的基本原始是利用空間后方距離交會(huì)的方法測(cè)定待定點(diǎn)的坐標(biāo)，具體是在同一時(shí)間同時(shí)有至少4顆衛(wèi)星對(duì)待測(cè)點(diǎn)發(fā)射載波信號(hào)，根據(jù)載波信號(hào)反射回衛(wèi)星的時(shí)間t計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星距待測(cè)點(diǎn)的距離S=c*t/2，衛(wèi)星某一時(shí)刻的具體位置三維坐標(biāo)可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文獲取，此時(shí)，可以根據(jù)4顆衛(wèi)星距待測(cè)點(diǎn)的距離交會(huì)出待測(cè)點(diǎn)的位置。

根據(jù)測(cè)量類型的不同，GPS定位分為好幾種，分別為絕對(duì)定位、靜態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位，每種定位方法的用途也不一樣。

（1）絕對(duì)定位也是所謂的單點(diǎn)定位，通過待測(cè)點(diǎn)直接測(cè)量，接收衛(wèi)星的信號(hào)從而得到距離，直接可以測(cè)到該點(diǎn)的絕對(duì)地心坐標(biāo)，數(shù)據(jù)的形式主要為大地經(jīng)緯度，在工程測(cè)量中應(yīng)用較少。

（2）靜態(tài)相對(duì)定位是指利用至少兩臺(tái)接收機(jī)測(cè)量，采用差分的方法得到待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，該方法在工程測(cè)量中應(yīng)用普遍，測(cè)量精度高，點(diǎn)位精度在毫米級(jí)

（3）動(dòng)態(tài)相對(duì)定位即所謂的GPS-RTK測(cè)量，該方法主要是要設(shè)置一臺(tái)基準(zhǔn)站和一臺(tái)移動(dòng)站，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過站間差分和星間差分求二次差的形式得到移動(dòng)站的數(shù)據(jù)，該方法使用簡(jiǎn)單，測(cè)量效率高，但精度較低，僅能達(dá)到厘米級(jí)別。

3? 工程測(cè)量中的GPS測(cè)量技術(shù)

3.1? 外業(yè)測(cè)量

外業(yè)測(cè)量是工程測(cè)量工作中的一項(xiàng)重要測(cè)量工作，合理進(jìn)行外業(yè)測(cè)量會(huì)提高工程的質(zhì)量。在應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí)首先要制定合理的外業(yè)測(cè)量計(jì)劃，制定計(jì)劃時(shí)首先要確定GPS衛(wèi)星在測(cè)定區(qū)域的可見程度，規(guī)劃好詳細(xì)的測(cè)量區(qū)域，然后對(duì)衛(wèi)星的觀測(cè)分辨率和圖形強(qiáng)度進(jìn)行分析，最后要保證良好的觀測(cè)時(shí)間，將可見度最大的時(shí)間段作為觀測(cè)時(shí)間段。進(jìn)行GPS測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)時(shí)要嚴(yán)格按照操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接受天線的安裝和方向等工作，觀測(cè)要進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄并進(jìn)行當(dāng)場(chǎng)的仔細(xì)核對(duì)。觀測(cè)工作全部完成之后要進(jìn)行誤差處理工作，對(duì)系統(tǒng)誤差和偶然誤差進(jìn)行分別分析，并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行誤差處理。

3.2? 工程變形程度測(cè)量

工程會(huì)出現(xiàn)變形的情況，如果變形程度過大的話則很容易會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)，而大部分工程一般都是靠近居民住宅點(diǎn)的，如果工程出現(xiàn)了危險(xiǎn)則會(huì)對(duì)人民的生命安全造成嚴(yán)重的威脅。通過傳統(tǒng)測(cè)量工作較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而將GPS技術(shù)應(yīng)用其中可以通過自動(dòng)化的測(cè)量手段來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并且測(cè)量的精度和準(zhǔn)確度都可以得到穩(wěn)定的保證。通過GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量可以對(duì)不同日期不同時(shí)間段內(nèi)的工程形變進(jìn)行規(guī)律測(cè)量，從而得出工程的變形數(shù)據(jù)規(guī)律。

3.3? 數(shù)據(jù)分析

GPS測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)篩選函數(shù)和計(jì)算函數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入之后可以進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)篩選等自動(dòng)處理，并且可以進(jìn)行精確的平差計(jì)算，還可以便捷地將GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)網(wǎng)和工程實(shí)際應(yīng)用的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換，更容易獲得工程需要的各種數(shù)據(jù)。但是要注意在應(yīng)用GPS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)要數(shù)量掌握各種函數(shù)的應(yīng)用和對(duì)誤差的理解，這樣才能使效益最大化。

3.4? GPS網(wǎng)平差

即便是GPS網(wǎng)構(gòu)建過程中也需要一定基準(zhǔn)。GPS網(wǎng)基準(zhǔn)主要是由位置、方向以及尺度基準(zhǔn)三方面構(gòu)成的。最后，通過對(duì)GPS網(wǎng)整體平差的計(jì)算確定出GPS網(wǎng)基準(zhǔn)。通常所見的GPS網(wǎng)都是二維約束的網(wǎng)平差，即就是按照基線計(jì)算出的數(shù)據(jù)根據(jù)與特定參照系轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)間換算，從而得出指定點(diǎn)的坐標(biāo)。在進(jìn)行網(wǎng)平差前需要特別注意，要將方位、邊長(zhǎng)二者的起算點(diǎn)融入在計(jì)算過程中。并且在網(wǎng)平差后，對(duì)最終轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。

4? GPS在大型橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用

4.1? 工程介紹

本次GPS技術(shù)應(yīng)用測(cè)量的橋梁總長(zhǎng)為8206m。其主塔高度及長(zhǎng)度分別為306m及580m。主孔跨度達(dá)到1088m，為大型橋梁工程。此橋梁所處地勢(shì)以及橋梁周邊自然條件復(fù)雜，由于該橋梁所處位置大風(fēng)現(xiàn)象出現(xiàn)頻繁且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此常規(guī)的邊角測(cè)量法無(wú)法完成此次橋梁測(cè)量，因此，在此次測(cè)量控制中主要采用GPS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.2? 選點(diǎn)布網(wǎng)

GPS網(wǎng)構(gòu)建過程中，選點(diǎn)是影響著整個(gè)布網(wǎng)的重要關(guān)鍵點(diǎn)。由于GPS技術(shù)中不需要做到點(diǎn)與點(diǎn)之間的互通，因此只需要結(jié)合實(shí)際工程的需求進(jìn)行選點(diǎn)布網(wǎng)。從而與傳統(tǒng)技術(shù)相比，減少了對(duì)傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)等的測(cè)量工作，更加節(jié)省了測(cè)量時(shí)間。在選點(diǎn)過程中最重要的就是要確保所選點(diǎn)能夠滿足工程要求，同時(shí)能夠方便接收機(jī)的安裝及操作，保證后期施工的正常開展。

4.3? 外業(yè)觀測(cè)

在本次工程中，根據(jù)GPS技術(shù)以及工程需求，主要設(shè)定了18個(gè)點(diǎn)，并相應(yīng)建立共22座觀測(cè)墩。為了對(duì)橋梁數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集，此次數(shù)據(jù)觀測(cè)是通過8臺(tái)GPS接收機(jī)來(lái)完成的。為了確保最終采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此需要觀測(cè)滿足一定的觀測(cè)條件，每隔15s進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，并且將采集數(shù)據(jù)中滿足以下條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。即就是，采集過程中，有效衛(wèi)星的數(shù)量在6顆以上，且高度截止角度數(shù)不小于15°。

4.4? 數(shù)據(jù)平差計(jì)算

通過三維無(wú)約束平差計(jì)算，最終基線向量X、Y、Z三個(gè)維度的改正數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)差3倍數(shù)值，可以確定此次外業(yè)觀測(cè)整體質(zhì)量較好。此后通過二維約束平差計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)基線向量改正數(shù)以及其二維無(wú)約束平差結(jié)果基線改正數(shù)與其而被標(biāo)準(zhǔn)差相比，結(jié)果偏小。

4.5? 精度指標(biāo)的分析

在對(duì)GPS網(wǎng)進(jìn)行坐標(biāo)分析時(shí)，將WUHNGPS跟蹤點(diǎn)作為GPS網(wǎng)的固定點(diǎn)，其次通過對(duì)基線的計(jì)算來(lái)確定最終的結(jié)果以及坐標(biāo)。其中根據(jù)跟蹤點(diǎn)所建立的地心坐標(biāo)系統(tǒng)中X、Y、Z三個(gè)向量的坐標(biāo)分別為2267749.3365m、5009154.2898m以及3221290.6629m。進(jìn)行網(wǎng)平差后，其點(diǎn)位誤差僅為±0.64cm。

5? 結(jié)語(yǔ)

水利水電工程必須保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，這項(xiàng)工作直接關(guān)系到工程的穩(wěn)定性和完成效率，因此要通過GPS測(cè)量技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)來(lái)對(duì)水利水電工程測(cè)量工作進(jìn)行優(yōu)化。GPS測(cè)量技術(shù)擁有觀測(cè)周期短、精度高、處理的智能化和自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)整個(gè)工程有著極大的促進(jìn)作用。本文對(duì)GPS技術(shù)的進(jìn)行了概述，并對(duì)其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)和具體應(yīng)用方式進(jìn)行了分析，希望能對(duì)讀者有所啟發(fā)。

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