GPS測量技術在工程測量中的實施

馬春

亳州市巖土勘測設計院限公司 安徽 亳州 236000

1 GPS定位的基本原理

衛星和接收器之間的距離，正如GPS系統所測量的那樣，是通過從衛星向地面發送電磁信號并將其反射回衛星來計算的。電磁波信號被加載了由鋇組成的“距離代碼”。沒有量程代碼意味著量程的測量精度不高，不能直接用于某些測量精度高的領域。因此，被測信號成為直接載波，載波有幾個優點，最重要的是波長和距離的高精確度。

GPS定位的基本原理是利用空間逆向距離法測量一個固定點的坐標。載波信號從至少四顆衛星上同時傳輸，從載波信號返回衛星的反射時間計算出當前衛星與被測點之間的距離s=c×t/2，并從衛星的導航數據中獲得衛星在某一特定時間的三維坐標，然后可以根據四顆衛星與被測點的距離計算出被測點的位置。

根據測量的類型，GPS定位可分為絕對定位、靜態相對定位和動態相對定位：①絕對定位也被稱為單點定位。如果直接測量被測點，可以根據衛星信號的接收情況計算距離，可以直接測量被測點的絕對地心坐標。這些信息主要以經度和緯度表示，在技術測量中很少使用。②靜態相對定位是指使用兩個或兩個以上的接收機進行測量，通過差分法獲得被測點的坐標。這種方法在技術大地測量中被廣泛使用，其特點是精度高，一個點的精度是以毫米計算的。③動態相對定位就是所謂的GPS-RTK調查。首先，需要有一個參考站和一個移動站，這兩個站同時接受來自衛星的信號，通過信號傳遞數據，而移動站的數據是作為移動站的差值和衛星間的差值兩個的第二差值來接收。但是運用這種方法比較簡單，測量效率比較高，精度低，只能厘米級。

2 GPS測量技術的概述

2.1 GPS測量技術的主要內容

GPS系統是一個用于無線電導航系統的衛星信息處理系統，能夠測量距離和時間，由三個主要部分組成。用戶設備、衛星星座和地基跟蹤系統，與傳統的測量技術相比，GPS測量技術的特點是定位精度高，觀測時間短，應用范圍廣，操作簡單，可在各種天氣條件下連續工作。在數據監測方面，GPS衛星的數量分布良好，其范圍也很大。該系統可以在三個維度上定位，監測地面上的任何位置、環境和時間段，更加靈活。無論何時、何地、如何使用GPS測量技術，它都比傳統的測量和制圖技術有更多的優勢，它在工程測量和制圖中的實際應用應進一步探索。

2.2 GPS測量技術的主要特點

首先，利用GPS可以實現快速定位，技術測量的定位發生了變化，尤其是實時動態定位，由于移動站在定位前進行了初始化和穩定，監測時間只有幾秒鐘，這不僅縮短了監測時間，而且提高了效率。其次，GPS定位的精確度相對較高。根據不同的風險，GPS定位技術可以提供毫米級的靜態定位和厘米級的動態定位。根據技術經驗和實踐，使用載波相位監測進行靜態定位可以提高定位精度。第三，GPS實現了實時定位；GPS技術用于快速、動態、實時定位，簡而言之，用于確定移動目標的三維位置和速度，確保載體沿著預定的軌跡移動，并選擇最佳軌跡。最佳彈道。第四，GPS允許在任何時候進行跟蹤。眾所周知，GPS衛星的數量相當多，而且均勻地分布在世界各地，因此，在任何天氣條件下都可以進行跟蹤，而且不受雷電的影響。第五，GPS測量技術易于使用。在這個階段，GPS測量技術的易用性和高度自動化已成為主要優勢。之所以有這些特點，是因為GPS測量技術有許多先進的技術，并結合不同的技術來提高整體測量性能。操作員往往只需要在調查期間收集數據，這減少了工作量，提高了效率。

3 GPS測量技術的應用優勢

3.1 位置定位精確度高、速度快

以往的工程測量工作中，技術人員需要拿著各種測量工具進行實地測量，一是需要花費較多的時間，二是像橋梁工程、隧道工程等，周邊地勢較為險峻，容易給技術人員帶來安全威脅。

3.2 全天候獲取測量數據

對于一些規模較大的工程，前期需要測量和準備的工程數據較多。技術人員在實際開展測量工作時，還必須要考慮到氣候條件、地形地貌等因素的影響。例如，在利用測量工具進行實地測量時，如果遇到惡劣天氣，不僅會對設備造成損害，而且也難以保證獲取數據的準確性。GPS測量技術則可以有效避免外界環境因素對測量工作的影響，全天24小時可以不間斷地進行測量作業。技術人員可以隨時調去測量數據，以便于為工程設計和施工提供必要的支持，對于加快工程進度、降低作業成本起到了積極作用。

3.3 結果觀測方便

如何實現測量數據的快捷處理，是GPS在工程測量應用中的需要考慮的最后一個環節。同時，利用通信衛星獲取的目標區域信息，除了包含工程建設所需要的數據外，還涉及許多"無用"的其他數據信息。通過計算機專業軟件的篩選和整理，可以將這些對于工程建設無用的數據信息過濾掉，減輕了計算機系統的數據處理壓力，從而能夠更加快速的得出測量結果。通過對比測量結果也可以發現，利用計算機進行數據整理，還能夠有效避免人工數據整理中可能存在的誤差，從而提升了測量結果的應用價值。

3.4 應用范圍較廣

GPS測量技術的主要應用可以分為兩部分今天人們生活中最知名的GPS技術是汽車導航系統；GPS導航系統已經成為汽車的標準設備。此外，GPS技術還被用于地球物理學、采礦和建筑領域。環境條件：GPS技術可以被衛星系統準確檢測到，因此很少受到天氣條件、地形和溫度的阻礙[1]。使用GPS技術可以幫助減少惡劣的自然環境造成的障礙，因為工程測繪經常在戶外或自然條件極端惡劣的地區進行。

4 工程測量中GPS測量技術的應用

4.1 GPS定位技術

GPS技術是物理學和高等幾何學精密結合的結果，它既是測量技術的創新，也是一種有用的應用。目前GPS技術的使用對地基接收器的計算和數據信息系統提出了很高的要求。其中，靜態相對定位法主要用于安裝在多條基線上的地面接收機，因為它相對容易使用，而且可以連續觀測長達40min[2]。在用動態相對定位方法對載體進行相對觀測的基礎上，有必要選擇一個地面站，對不同時間產生的動態信息進行連續的實時觀測，并保證控制點的準確性，形成一個確定的散射區。通過這種方式，可以在不同的時間點對動態信息進行連續和實時的監測。對于三維定位，一個GPS接收器必須與至少4顆衛星通信;對于厘米級的實時定位，它必須與至少五顆衛星同時通信。通常情況下，有24至27顆衛星在圍繞地球的軌道上運行，其中至少有6顆衛星可以在10°的水平角度上觀察到。使用GPS的效率并不高，因為衛星信號很容易被高大的建筑物和山脈阻擋，而接收器的位置也會受到不同程度的阻擋。在這種情況下，測量人員可以將其與常規測量方法結合起來使用。（如圖1）

圖1 測量人員使用GPS定位

4.2 控制測量

一般來說，在調查開始之前，應該明確是要進行靜態還是動態調查。這兩種方法都有其優勢，在不同的情況下需要不同的調查方法[3]。特別是對于大型建筑，如隧道和橋梁，使用靜態測量，而對于要求不高的公共道路，可能使用動態測量，有必要確保控制網絡和其精度滿足基本要求。在GPS勘測過程中，會獲取不同的數據，定位精度可能會有變化，但如果精度符合基本要求，就應該停止勘測。

4.3 大規模測繪

在許多情況下，必須在施工前繪制地形圖。當地形圖的比例尺不確定時，根據實際情況采用不同的方法進行地形測繪。造成這種現象的原因與傳統測量相同，測量方法緩慢而費時，工作量大，因為它可能受到許多因素的影響。在傳統測量中，方法慢、時間長、工作量大、結果不準確，嚴重阻礙了技術測量的正常發展。然而，通過使用GPS測量方法，可以在不同階段獲取數據，沿線移動1～5mm而不浪費時間，獲得正確的參數，最后結合所有數據，使用制圖軟件來制作正確的地形圖。

4.4 施工水準點的測定

施工水準點在建筑工程中起著重要的作用，傳統的測量方式有很大的誤差，我們通常把水準儀定在100～500m。利用GPS測量技術，可以更準確地設置水準點，因為GPS接收站分析了衛星發送的數據，準確地計算了水準點之間的距離。每隔200m，就可以準確地設置水平標記，以幫助施工項目智能地進行，避免未來的錯誤。

4.5 工程測量觀測時間的測定

GPS測量技術主要是運用衛星進行定位，使其在空間內形成一定的圖形，然后根據尺寸比例進行公式計算[4]。觀測人員在進行實際數據讀取時還應注意大氣折射的影響，在綜合考慮個方面因素后計算得出較為準確的工程測量值。

4.6 虛擬現實測繪

GPS雖然能夠獲取較為直觀和準確的目標地理信息，但是這些信息僅僅局限于地表，對于水下、地下以及茂密植被覆蓋下的地理信息，則不能準確獲取。因此，部分細節性的地理信息，仍然需要通過實地測量獲取。但是像水利工程、隧道工程，其施工現場往往在山區等地勢險要的位置，既不便于測量設備展開作業，又會給測量人員安全帶來較大的威脅。針對此類問題，則可以利用GPS的虛擬現實測繪功能，通過對比目標區域周邊的地質、環境信息，對待測目標進行虛擬繪制，得出相對準確的地理信息。

4.7 土地動態監測

在城市發展和空間規劃的過程中，跟蹤土地動態是至關重要的。它通過從自然和社會角度審查一個地區的土地利用狀況，為后續的土地利用規劃提供了一個參考點。土地動態監測可以利用GPS測量技術提供更詳細的數據。例如，就公共交通而言，在制定最明智、最合理的交通規劃之前，必須深入了解沿線居民的生活需求和農業用地的實際分布。在這種情況下，可以利用GPS測量技術，在短時間內收集規劃區的所有土地資源信息，并建立一個三維地圖模型。然后，測量人員可以通過三維模擬地圖和收集的測量數據，直觀地了解規劃區的實際情況。

4.8 城市發展中的實施

在城市建設過程中，利用GPS技術可以保證城市控制網的整體精度在合理范圍內，同時相關區域和特定頻率標準相對較高。然而，在施工過程中，城市控制網絡經常暴露在各種因素之下，這些因素會造成嚴重的損壞，甚至導致網絡故障。因此，城市控制網應重點加強監測和建設，不斷提高控制點的實際精度。使用GPS技術可以確保城市規劃的準確性，并且可以清楚地報告實際覆蓋情況。

5 結束語

總之，土木工程項目的數量在增加，土木工程的范圍也在擴大。特別是一些技術問題和復雜的項目，如大型橋梁和隧道，都得到了解決。在土木工程項目的實施中，應進行工程測量，其作為一種先進的測量技術，GPS測量技術具有操作簡單、精度高、不受時間和空間限制、適應性強等優點，因此在工程測量中得到了廣泛的應用。GPS自動測量技術的應用，降低了人力、物力成本，提高了測量效率，改善了測量質量，值得在工程測量中推廣和使用。同時，隨著技術的不斷完善，GPS技術將與信息和計算機技術深度融合，更好地發揮GPS技術的作用，更好地管理項目建設。