關于GPS測繪技術在工程測繪中的應用探討

高一民

太原市測繪研究院 山西 太原 030002

目前，GPS測繪技術已經發展成為工程測繪領域不可或缺的技術手段。為進一步促進GPS測繪技術良好應用，工程測繪領域工作人員應該準確掌握GPS測繪技術原理以及具體流程，進一步實現高質量工程測繪目標。

1 GPS測繪技術原理以及優勢分析

1.1 技術原理

GPS技術可以理解為：通過在測區范圍內放置衛星信號接收設備，確保接收機可以同時接收地球衛星發送的信號。并采取科學合理的處理方式將已知信息數據，一般多指衛星信號傳播時間以及信號發出距離等信息數據，導入到特定計算公式當中，獲取接收機三維實時空間坐標。測繪人員可根據空間坐標數據科學構建工程控制網，并結合實際情況對三維立體坐標體系進行繪制應用[1]。

1.2 優勢分析

GPS測繪技術在應用過程中可以體現出以下優勢特點：

1) 實時性特點。相對于傳統靜態相對定位技術，GPS技術可以在短時間內獲取測點位置數據，所表現出的實時性特征十分明顯。

2) 全天候特點。GPS系統一般多具備全天候導航定位功能，在測繪使用過程中，基本上不會受到氣候因素以及工程地質因素等影響而出現測繪精度不高的問題，可實現24h全天候測繪目標。

3) 操作簡單。開展工程測繪工作時，測繪人員只需要在觀測點位置裝GPS接收機等相關設備就可以完成衛星信號捕捉以及跟蹤觀測等一系列操作流程。整個測繪過程中，所表現出的抗干擾性較強且操作簡單[2]。

4) 測站無需通視。使用GPS技術及相關設備時，測繪人員只需要將測站角度保持在15°以上，且滿足上空區域相對開闊條件，基本上就可以達到工程測繪標準要求。在測繪過程中，測繪人員無需與相鄰測站保持通視狀態，就可以達到預期測繪目的。以下是GPS相對定位模式動態模擬圖：

圖1 GPS相對定位模式動態模擬圖

2 GPS測繪技術在工程測繪中的應用要點及流程分析

2.1 科學部署測繪方案

測繪人員可根據工程測繪項目實際情況明確GPS測繪精度要求，在此基礎上，科學選擇基準點位置，并確定網形設置方式。與此同時，在觀測選址方面，建議測繪人員應該盡量將測繪點設置在視野相對開闊的位置當中，并且該位置所涉及到的障礙物數量相對較少，以切實增強測繪效能。需要注意的是，測繪人員還應該將測點盡量設置在平面相對較高的區域范圍當中，在設置之前應該對地面穩定性進行重點檢查。如若不滿足條件，應及時進行硬化平整處理。上述工作結束之后，測繪人員應該科學確定觀測時間。

GPS技術所具備的全天候特點比較明顯。在具體應用過程中，建議測繪人員應該綜合考慮場地氣候條件以及GPS衛星軌跡等影響因素，對觀測時間進行合理確定。除此之外，在觀測方法的選擇上，測繪人員應該結合工程測繪項目類型選擇合適的方法進行觀測分析。舉例而言，對于地基位移沉降監測作業而言，建議測繪人員應該優先采取水準測繪方式，在周圍區域合理設置基準點。之后，在各個基準點位置安裝GPS接收機等重要裝置，根據數據反饋結果掌握地基結構實時位移量以及沉降量變化情況[3]。

2.2 外業測繪

GPS測繪技術的推廣應用為建筑外業測繪工作提供了良好的數據保障。在具體應用過程中，測繪人員可根據建筑外業測繪需求，選擇合適的操作方式進行處理。以準動態定位方式為例，測繪人員需要提前在測區位置設置1處基準點，并完成信號機安裝工作。安裝工作結束之后，開始對GPS信號進行全過程跟蹤與觀測處理。在此過程中，測繪人員可根據各站觀測作業情況，完成對衛星信號的跟蹤定位，避免出現信號失鎖或者丟失問題。如果衛星信號出現失鎖問題，測繪人員需要將失鎖流動點觀測時間進行適當延長，如可以延長2min左右。

2.3 數據采集及處理

對于GPS數據采集與處理環節而言，測繪人員需要對測繪數據提前做好備份處理。并通過開展一系列預處理操作，減少人為因素以及環境因素對測繪數據精度帶來的負面影響。在此基礎上，測繪人員應該結合三維坐標以及已知高程點數量等重要信息，完成對測繪數據精確度的評估分析。分析結束之后，將測繪數據導入到軟件當中進行整合應用。在數據處理環節，測繪人員應該根據測繪需求運用網平差結算法以及基線結算法實現對關鍵數據的整合優化。

不同于傳統數據處理方式，網平差結算法以及基線結算法可以消除人為因素帶來的誤差影響，具有重要的應用價值。除此之外，為進一步保障數據測繪精確度，測繪人員也可以采取靜態測繪與快速靜態測繪技術相結合的方法，實現對GPS信號的解譯處理。如果二者最終的測繪數值偏差過大，那么就可以認為測繪過程中可能受到點位位置影響。針對于此，建議測繪人員應該及時優化處理測繪數據。并結合實際情況調整觀測時段，消除誤差影響[4]。

2.4 構建工程控制網

為持續提升建筑工程測繪水平，測繪人員可結合項目實際情況確定工程控制網網型以及精度內容。在構建分析過程中，測繪人員應該嚴格遵循分級布網以及逐級控制等原則要求，進一步增強工程控制網體系的精確度與質量效果。與此同時，在前期部署規劃過程中，測繪人員應該針對選位以及埋石作業進行重點處理。如可以在適當位置埋設若干數量標石，按照GPS控制網體系要求優先選擇載波相位靜態差分技術，高質量完成測繪作業。需要注意的是，所測得的數據精度必須嚴格控制在毫米級范圍之內。

3 GPS測繪技術在工程測繪中的應用實踐分析

3.1 工程變形監控

部分工程項目容易受到施工因素以及環境因素的影響而出現結構變形問題。如外在因素對構筑物結構產生損傷影響，或者地殼自身變形以及運動作用過程對建筑結構造成損傷影響，像重大建筑物以及橋梁等建筑結構均容易受到不穩定因素影響而出現沉降、變形等一系列損傷問題。如果單純采取肉眼觀察方式完成對結構變形問題的觀測分析，一般很難達到預期效果。

而通過利用GPS測繪技術則可以對結構變形問題以及狀態表現進行長時間不間斷監控，施工人員可根據測繪數據反饋情況，采取科學合理的措施手段加以應對。在具體實現過程中，相關人員可以將GPS測繪設備應用于施工現場當中，完成對建筑位移情況的精準判斷。當建筑結構出現變形問題時，GPS測繪設備會發出異常信號，施工人員接收到相關信號之后，應及時采取預先設定好的應對措施加以補救處理[5]。

3.2 國土測繪

國土測量定界是一項科技服務性工作，它主要是為適應農村土地規劃、征收、農用地改變、出讓、耕地開發與整理、耕地復墾、城市土地利用建設管理等方面的國土資源利用需要，為滿足國土資源部門的用地審查和地籍管理工作需求，通過實地調繪城市土地利用狀況、劃分耕地利用區域、測算土地面積、確定界址定位等工作提供精確和科學的基本數據信息資源。它是通過一種技術手段，來保障政府正確、合理、科學地批準建設項目的用地的服務性工作。在國土測量定界中運用GPS等現代測量技術，有效提高了國土測繪工作的效率，同時提高了國土測繪結果的精確性與準確度。

3.3 城市測繪

近些年來，隨著城鎮化建設進程的持續推進，政府相關部門對于城市基礎建設測繪發展問題予以了高度重視。結合以往的經驗來看，城市基礎建設除了涉及城市規劃問題之外，還涉及地質勘測問題。為確保城市基礎建設工程測繪精確度，相關人員通過利用GPS系統對城市地形以及路網分布等重要基礎數據進行動態獲取。與傳統單一測量方法不同，GPS系統通過與RTK測量技術結合應用，基本上可以擺脫傳統點與點之間通視距離帶來的限制影響，測量數值較為精確。最主要的是，相關人員可通過利用RTK測量技術完成實時動態差分析過程，根據分析反饋結果對城市控制網基礎數據進行精準獲取[6]。

3.4 礦山測量

GPS技術在礦山測量領域中所發揮的作用優勢相對明顯。結合以往的經驗來看，礦山測量過程會受到地形地質構造等因素影響，測量難度較大。目前，為實現礦山高精度測量目標，相關人員主要通過利用GPS測繪技術完成對礦山建設區域工程地質條件、水文條件等重要影響因素的測繪分析。

根據數據分析反饋結果，對當前礦山施工建設是否存在安全風險問題進行提前判斷，并制定科學合理的應對措施。除此之外，為進一步增強GPS測繪技術應用精度，相關人員可通過結合RTK測量技術進一步加強對礦山建設區域施工作業活動以及現場環境安全問題的測繪分析。結合應用反饋情況來看，這種結合技術方式已經在地質測量、鉆孔施工以及探井等建設領域中取得了良好應用效果[7]。

4 GPS測繪技術在工程測繪領域中的發展趨勢分析

為實現GPS測繪技術高質量應用目標，建議在今后的發展過程中，行業內部研究人員應該加強對GPS測繪技術應用趨勢問題的研究分析。

4.1 GPS網絡

GPS網絡主要可以理解為工程建設測控網絡，在運行應用過程中，主要可以根據作用對象以及作用范圍的不同細化分為城市GPS網絡、礦井GPS網絡以及道路橋梁GPS網絡等多種形式。在技術實現過程中，可通過利用靜態GPS技術實現對精密工程建設測控網絡的布設應用，已完成對災害點、礦井以及建筑群等風險問題的監測分析。

與單純GPS測繪技術相比而言，GPS網絡控制范圍更寬泛，在控制范圍上從單個工程建設網可以擴展到全國乃至全球。與此同時，GPS網絡觀測時間較短，可以在短時間內完成動態監測以及反應過程，利于工作人員快速應對工程安全風險問題。除此之外，GPS網絡精確度較高，在工程監測領域所表現出的監測精度可滿足微米級標準，利于為工程結構變形等測繪工作提供良好的數據決策支持。

4.2 GPS高精度數據處理

GPS高精度數據處理基本上可以視為GPS測繪技術的應用發展趨勢。對于精密單點定位系統而言，數據信息預處理成果在一定程度上會對精密單點定位系統精確度以及安全效果產生直接影響。而如何保障數據信息預處理效果始終是相關人員予以重點關注的問題。結合以往的經驗來看，可通過利用GPS技術實現對數據信息預處理過程的優化調整，結合GPS技術定位功能對相位觀察中發生的周跳問題進行精準定位。在具體實現過程中，相關人員可對每個發生周跳的區域添加模糊度量參數，再利用參數估計方式進行研究分析。在數據處理階段，主要可以圍繞傳輸與編碼、統計監測與編輯等重要內容進行數據處理與分析。

4.3 GPS虛擬現實技術應用

GPS測繪技術在使用過程中容易受到周邊環境因素的影響而出現測繪精度不高的問題。為有效解決這一問題，GPS測繪技術可通過結合虛擬現實技術完成對復雜地質區域工程測量工作的有效處理。如可以通過依托于虛擬現實技術的交互作用以及高精度特點，創建三維空間虛擬環境。

在具體應用過程中，GPS虛擬現實技術可以應用于國土測繪等工作領域當中。如相關人員可通過結合國土調查基礎數據，構建GPS三維模型。在GPS三維模型中，可對全國國土資源現狀進行模擬分析。利用人機交互以及數據轉換功能，對特定區域國土資源發展情況進行動態模擬與分析。通過不斷減少外業作業，保障國土測繪精度得以深化加強。除此之外，在城市測繪工作的過程中，相關人員可利用GPS虛擬現實技術構建城市三維虛擬環境。

在研究分析過程中，可重點針對城市地理實體以及現象進行動態展示。其中，城市建設管理部門可利用三維實景對當前城市動態變化情況進行實時監測。而在礦山測量領域中，相關人員可通過理由虛擬現實技術對礦山地質體及地形地貌進行三維模擬與分析。如相關人員可以創設礦山虛擬環境，所以當前礦山工程地質情況以及施工風險問題進行模擬分析。根據工程實時變化情況，對工程施工建設可能遇到的安全隱患問題進行提前排查與綜合治理。

5 結語

總而言之，合理運用GPS測繪技術基本上可以實現對工程結構變形等重要測繪數據的動態獲取與分析，保障工程測繪工作科學貫徹與落實。針對于此，建議在今后的應用發展過程中，相關研究人員應該加強對GPS測繪技術應用問題的升級優化。盡量從多個角度對當前GPS測繪技術存在的質量短板問題進行及時補齊，以期可以進一步為工程測繪工作提供良好保障。除此之外，現場測繪人員在操作使用GPS測繪設備時，應該嚴格按照GPS測繪技術使用步驟以及注意事項要求，避免出現測繪數據誤差或者其他風險問題。相信在全體人員的不斷努力下，GPS測繪技術在工程測繪領域中所發揮的作用優勢將會越來越明顯，為實現工程測繪高質量發展目標夯實保障。