GPS測繪技術在工程測繪中的應用探討

鄒震

【摘要】在以往傳統的測繪中極易受到自然環境因素的影響，且大多由人工來進行作業、工作量大且難度系數較高，在實際測繪過程中需要耗費大量的人力和時間，且測繪結果的準確性也不高。隨著現代科技的不斷發展與創新，GPS技術在多個領域取得了良好的應用效果，使工程測繪精度得到有效提升，進一步推動了工程建設質量水平的提高。論文先簡單介紹了GPS測繪技術，并對GPS測繪技術在工程測繪中的應用展開了剖析，最后深入探討了GPS測繪技術在工程測繪中的具體應用，以期不斷提升工程測繪的精準度和效率，促進工程建設質量的提升，同時希望為廣大同行提供一定的參考。

【關鍵詞】GPS測繪技術;工程測繪;應用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.06.

引言：

GPS測繪技術發展迅速，具有作業范圍廣、操作便捷度高以及自動化水平高等優勢，在測繪工程中的應用較為普遍。可以將GPS測繪技術應用在測繪工程中的精密工程測繪、城市建設工程測繪、工程變形監測、工程定位測量、工程水準測量等諸多方面當中，同時也應當通過控制測量誤差、優化測繪控制網的布置以及加強人員培訓等手段提高測繪質量。

1、GPS概述及原理分析

1.1概述

GPS技術主要是基于地面數據傳導設備和監控單位以及衛星接收設備信息傳導渠道，演變而來的一種定位和導航系統。在此類技術應用的過程中，一方面能夠有效借助衛星高清攝像頭監控地表環境情況;另一方面，也能以數據渠道將影像信息傳輸給計算機，在更短的時間內獲取更加詳細的數據內容。因此，GPS技術應用在測繪工程中可以不斷提高工程數據采集的效率和質量，也能避免數據核對中造成的問題，能夠縮短時間與成本，特別是在與通信設備相結合時，能夠憑借數據傳導，使沿途質量環境數據變化處于實時監控的狀態，能夠降低地表變化等一系列問題。對工程測繪所產生的影響，更能憑借智能化和自動化技術，使GPS技術應用得到拓展。

1.2原理分析

GPS技術是基于衛星定位系統的一種數據的傳導技術，在該技術應用的過程中，衛星與地面監測站數據構成三角坐標，通過數據處理平臺進行數據核算，在此基礎上，憑借基站數據傳導確定地區的具體位置和高程。除此之外，衛星系統能利用高清攝像頭第一時間抓拍并還原現場地貌情況，對數據加以采集，更有利于確定基準站的位置。這樣也能借助相關數據資料提前擬定可視化地形圖，使測量數據的精確性和科學性都得到明顯提升。

1.3應用價值

（1）測量的精度高且效率快。區別于傳統的水準儀以及全站儀等設備，GPS測量基于數據提取與核對，更加高效準確，也會比人工測量讀取有更大程度的提升，更能從根源上避免數據統計過程中數據記錄出錯等問題，特別是通過信號傳導以及電子設備能將測量的數據儲存到設備內部，并且將相關信息交流給具體單位，更有利于后續工作的開展。在GPS技術測量過程中，借助衛星數據探測系統能夠適用不同的測量環境，減少了傳統的水準儀以及全站儀測量設備的投入，同時還能核算數據，會顯著提升效率，更滿足高速構建工程的需要。（2）能夠有效解決視線遮擋的問題。由于傳統的水準儀以及全站儀測量中需要借助光學原理對標尺進行觀察，以此判定現場的高程以及坐標點，但若在這一過程中存在遮擋物時，需要想辦法繞開，否則會加劇測量工作的難度，也會造成更大失誤，但是應用GPS技術卻能在借助衛星定位系統時，以數據定位等方式明確其經典數據，徹底實現了無障礙測量方法。（3）能夠有效簡化現有的測量工序。在測繪工程測量時采用GPS技術，可以取代原有傳統繁瑣的設備和架設，以及調整等復雜工作流程，相關數據信息能夠自動列入儲存系統中，這類測量技術還能簡化整體測量工具，使工程的勘測效率明顯提升，對工作人員的素質要求水平也不高，更方便后續自動化和智能化的發展。

2、GPS測繪技術在工程測繪中的具體應用方法

2.1平面控制測量中坐標系的選擇

2.1.1坐標系的地形選擇

在實際項目開展時，首先需要確定平面直角坐標系，這是公路平面控制測量中的基礎環節。普通的低海拔地區，地勢相對平坦，測區內投影長度變形值較小，坐標系可以參考類似項目。而如果工程處于地形變化起伏較大的高海拔地區或丘陵地區，在高程規劃過程中的長度會變形，投影長度變形值可能超出限制范圍。因此，在特殊山區進行工程平面測量時，坐標系要通過實地勘測進行更科學的選擇，以實現高效率勘測。

2.1.2坐標系的參數選擇

根據工程所處區域地形、海拔高度和經度緯度等因素的差異，對坐標系進行不同選擇，具體方法如下：（1）當勘測路線距離中央子午線較近時，可以建立基于高斯正形投影的三度帶平面直角坐標系;（2）當勘測路線距離中央子午線較遠時，可以選擇投影在具有抵償面的任意帶高斯投影直角坐標系中，但是要在WGS-84坐標系下進行三維的無約束平差，檢查GPS基線向量網本身的內符合精度。（3）當工程的實地勘測路線存在獨立橋梁、隧道等工點，可以將局部地球的表面視為平面以建立假設的平面坐標系。

2.2 GPS控制網的布設方法

GPS-RTK技術利用衛星定位，利用靜態測量方法，基于測控點彼此連接的布設形式，建構工程測量區平面交叉控制網絡，且需嚴格把控各測控點的間距，將其限定在5～8km，利用RTK技術精準測算平面內準確的坐標點，以識別不同的GPS控制點，在進行自適應調整后，即可根據各測控點坐標進行測量放樣。同時，GPS為全球定位系統，在工程測量中的大地高程適用性差，需將其轉換為實用性的高程，為此，需利用RTK布設高程控制網絡，尤其在復雜、崎嶇的測量區域內，因GPS信號受到諸多干擾，此時，RTK技術布設的高程測量網絡采集數據的精準度受限，可引入全站儀、水準儀等設備，將其與RTK技術融合以通用，來建構測區的高程控制網絡。最后，需對構建的控制網進行復核及加密測量，可分設2組分別進行平行交叉控制網及高程控制網的復核及加密測量，具體將基于首級控制網開展，通過在工程線路上分設不同首級GPS控制點及高等級水準點，利用靜態GPS進行外業采集，并通過內業處理完成復測工作，以確保控制網達到規范要求。完成控制網復測后，需對加密控制點位進行位置選擇、觀測，首先，導線加密點的位置選擇需結合工程現場測量條件，盡量規避與橋梁、涵洞等構筑物毗鄰，便于測量施工，選點時，可先利用RTK技術對測區構筑物位置進行初步快速放樣，將工程測量線路上全部構筑物及相關設施有效標識出來，并結合測量需求，以便于放樣、施工，設置16個加密控制點位。而后，在加密點埋設穩定3～4d后，啟動導線、水準外業加密工作，利用大概5d的時間，使用GPS技術進行外業采集、數據觀測、內業處理、檢核、平差等工作，最終完成導線加密點的觀測，其平面、高程點位的觀測精度應分別為±15mm、±20mm以下。

3、GPS測繪技術在工程測繪中的具體應用領域

（1）在精密工程測繪中的應用。首先，在進行數據采集時，應當構建符合測繪需求的高等級控制網。一般情況下，都會利用C級或D級GPS控制網并結合三等水準高程控制網布設控制網，并在工程區域當中設置控制點。之后，需要利用GPS接收機對各個控制點進行連測，從而獲取測繪數據，并利用專業處理軟件或隨機處理軟件進行數據校驗，若存在精度超限的數據需及時進行重新測量，進行數據分析與平差計算，從而提高測繪結果的準確性。（2）在城市建設工程中的應用。GPS測繪技術可以為控制網的設計與布設提供基礎地理信息數據，并為城市規劃提供定位支持。城市發展需要諸多資源的支持，而土地資源的存量阻礙了城市的發展。利用GPS測繪技術可以有效評估土地資源的損耗情況，并在此基礎上進行土地資源的規劃，提高土地資源的利用率。同時，GPS測繪技術可以為城市建設提供可靠的數據信息，可以完善城市規劃的內容。（3）實時變形監測控制的應用在GPS技術中，監測控制是一項十分重要的組成內容，在具體的測繪工程應用中發揮著重要的作用。在實際工程的測繪過程中，測繪人員可以通過測量方法來實現對測量區域測繪點動態變形的控制，并從中獲取動態數據，特別是在一些嚴重變形的測量區域來講其應效果尤為明顯，可以很限地預防工程施工中存在的質量與安全隱患，確保工程建設的質量。如將GPS技術在礦山工程測繪中進行應用時，想要對礦山的表變形進行檢測，就可以在重點和第三區域布置永久觀測點以實現連續性的觀測，從而保證礦山的開采的安全性。（4）水下工程測繪的應用對于碼頭、海港等水下建設項目來講，往往需要展開水下工程測繪工作。在具體的水下測繪作業時，測繪人員需要對項目位置三維坐標做精準的測繪工作，同時還要對水深等相關情況進行測繪。許多實踐經驗顯示，許多測繪人員會選用三應答器和經緯儀等來展開測繪工作，在實施水下探測工作時，探測儀主要是利用超聲波來開展作業的，以便對水的深度進行測量。由于探測儀自身在工作中需借助海水移動來對自身的水深勘測數據進行矯正，在實際操作過程中較為復雜，且數據的精準度并不高。而將GPS測繪技術應用到水下工程測繪工作中對其三維坐標進行定位，同時還可以實現對地形的描繪。另外，測繪人員還可以以海水的潮汐位移情況來展開具體的操作，再結合探測儀來獲取精準且完整的水下測繪系統，有效提升水下測繪工作質量和效率，與此同時，測繪人員可以從監視器中便可獲取監控位置。（5）在工程定位測量中的應用。GPS測繪技術在工程定位測量中的應用主要體現在動態定位法與靜態相對定位法的應用上。其中，動態定位測量具有較高的繁瑣度，需要利用多個參考點定位獲取轉換參數，從而明確未知控制點的坐標信息。由于GPS測繪技術具有較高的自動化水平，所以在進行動態測量時，系統可以自動處理數據并發現數據當中的問題，可提高數據處理效率與準確率。而靜態相對定位指的是采集某一個時間節點的靜態數據，觀測時間相對較長，但是操作簡單，只需要在點位上安裝接收機設備便可以自動采集數據信息。

4、優化GPS測繪技術在測繪工程措施

（1）加強測量誤差的控制。將強測量誤差的控制就是為了提升測量精度，即保障數據信息的精確度，第一，技術人員應全面掌握測繪對象的具體情況，充分了解工程區域的地形等各方面情況并繪制工程地形圖，方便后續工作的開展。第二，為了提升數據分析的準確度，技術人員需針對不同層次構建統一的樣本與格式，根據一致標準開展測繪，為后續工作提供依據。此外，技術人員需利用合適的技術方法繪制不同地形的特點，更生動地展現地形的特點，使測繪結果更加精準，提高工程建設的質量。（2）優化測繪控制網。首先，需要堅持工程測繪控制網的布設原則。在進行測繪控制網的布設時，技術人員需要堅持從實際情況出發的原則。無論是做什么工作都是為了更真實地反映實際情況，因此技術人員需要根據地形的特點選擇合適的布局方式，提升布網工作的匹配度，保障測繪工作的順利進行。同時，技術人員需將測量位置點都納入到測繪控制網當中，從而增強數據獲取的全面性，豐富一手資料。也需要彌補項目之間的空白界線，避免數據分析不全面。其次，技術人員在布設測繪控制網之前需合理設計測繪基準。工程項目與內容不同，對測繪工作的要求會有一些差別，但是差別不大，所以可以根據各個項目的實際情況制定統一標準，從而依據統一標準開展不同項目的測繪工作。即需要明確規定測繪單位的刻度、工作開展的方向以及信息獲取點的位置選擇，科學選擇測繪方式，使測繪結果更加理想。在后續處理數據信息時，技術人員需根據統一標準進行測算。此外，技術人員應科學選擇測繪控制點并合理制定測繪方案。GPS采用的技術較為先進，不會過于依賴人力因素、環境因素等因素，因此技術人員可選擇的測繪方式較多。但是，在選擇測繪方式時，應當以優化工作環節為目的，延長基準點的物理距離，降低信息獲取難度。（3）科學處理測繪數據。第一，需要對測量數據信息進行預處理。利用GPS測繪技術獲取測繪數據之后，并不能直接利用這些數據信息，需要專業的技術人員利用相關技術進行數據辨析，明確其中有異議的信息并補充信息，增強數據信息的全面性與準確性，為后續的測算工作奠定基礎。第二，加強數據信息的后續處理。在完成信息數據的初步處理之后需要進行精確計算，即利用平差計算等方式結合使用三維計算與二維計算，從不同層面開展測繪，增強數據處理的可靠性。技術人員從諸多角度入手分析數據可以保障處理結果的真實性，更準確地反饋具體情況。（4）加強測繪人員培訓。雖然GPS測繪技術的自動化水平較高，但是有一些環節仍需要人工操作，而人工操作可能會出現失誤的情況，影響測量數據與結果的準確性，因此需要加強測繪人員培訓，提高測繪人員的專業能力與綜合水平，保障測繪工作的順利開展。首先，測繪單位需要提高聘用門檻，優先選擇專業能力、操作能力以及執行能力強的人員，提升測繪隊伍的整體水平。其次，測繪單位需定期對測繪人員進行專業培訓。測繪單位可以將培訓內容劃分為兩部分，即理論培訓與實踐培訓，增進測繪人員對GPS測繪技術等新型測繪技術原理、技術以及設備的了解，提高測繪人員的技術應用水平，從而滿足測繪工程的測繪要求。

結束語：

總而言之，在新時期工程測繪過程中，引入先進的GPS技術已經成為一種必然選擇。在具體測繪時，務必以現場的實際情況為指導，根據經驗和工作條件制定切實可行的測繪計劃，有利于促進測繪工作的圓滿完成。在這個過程中，要明確GPS技術應用的原理和優點，才能維持應用，提供更多具有可行性的平臺，憑借衛星定位技術或是清攝像頭實時監控地表數據變化，為后續的測繪項目提供全面的技術支撐。

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