GPS實時動態測量技術在工程測量中的應用

［關鍵詞］GPS實時動態測量技術；工程測量；動態定位；地形測量

GPS實時動態測量技術是一種基于載波相位的實時差分GPS測量技術，是數據傳輸技術與GPS測量技術的集成體[1]，顯示了實時動態定位和高精度的目的，是GPS測量技術的重大突破。GPS實時動態測量技術突破了傳統的“先控制→加密測量→再測圖→工程放樣”的模式，實現了自動化數字成圖、工程放樣一步到位[2]，顯著減少了外業勞動強度，提高了外業作業效率。隨著工程建設精度要求不斷提高，對測量技術和測量效率提出了更高的要求，將GPS實時動態測量技術應用于工程測量，不僅能夠獲得更高精度的測量成果，而且該方法具有受環境影響小、效率高、機動靈活和精度高的優勢[3]。因此，本文以該方法為研究對象，結合實例分析該技術在工程測量中的應用，為該技術的推廣提供參考。

1. GPS 實時動態測量技術基本原理

使用GPS實時動態測量方法獲取被測目標物三維坐標的基本原理為：首先在基準站內安裝一臺GPS接收機和傳輸數據的電臺，前者用于連續跟蹤觀測所有可以接收的衛星信號，后者將接收到的衛星信號以及基準站的已知坐標信息通過數據傳輸系統發送至流動接收機[4]；其次流動接收機將采集的GPS觀測數據與基準站的坐標信息進行對比，形成實時差分觀測值；最后通過動態實時數據處理，就可獲得流動接收機在該點的實時三維坐標信息，從而實現實時動態定位的目的。

GPS實時動態測量技術在實時動態定位測量中的操作流程主要包括：①在開始作業之前，將流動接收機放置在某一固定點，靜止觀測3～5 min后進行初始化處理；或者使用AROF技術，在動態條件下進行初始化；②完成初始化后，就可使用流動接收機按照設計路線以及采樣間距等，自動進行每歷元的觀測；③將流動接收機采集的數據與基準站傳輸的數據進行差分處理，就可以獲得被測點的實時動態三維坐標。綜上所述，GPS實時動態測量具有操作簡便的優勢，其外業操作示意見圖1。

2. GPS 實時動態測量技術在工程測量中的應用

2.1 用地測量

工程用地測量是工程建設的基礎，不僅關系著鄰近居民權益，而且直接影響工程施工質量。因此，快速獲取高精度的測量成果是緩解用地糾紛以及提高建設質量的前提。GPS實時動態測量技術具有較高的測量精度，前人資料研究顯示，當基準站在測繪區域15 km附近時，若選擇快速靜態測量模式，則測量精度可達1～2 cm，這一精度在城市建設工程或者公路、鐵路修建過程中具有較高的實用性，主要表現在：①精度高，能夠滿足工程施工精度要求；②流動接收機的使用范圍較大，減少了基準站的移設次數，提高了測量效率。

為對比分析GPS實時動態測量技術，采用傳統的全站儀測量方式以及多次GPS實時動態測量結果分析測量精度。本次隨機抽取了工程建設范圍內的5處控制點，進行5次平行測量，求取了5組數據的平均值作為觀測值，統計數據見表1。由表1可知：使用GPS實時動態測量獲得5組觀測值基本一致，其X的偏差介于0.07～0.23 m，平均為0.14 m；Y的偏差介于0.11～0.39 m，平均為0.19；Z的偏差為0.11～0.31 m，平均為0.17 m，說明使用GPS實時動態測量所獲被測點的三維坐標數據是穩定的。同時，與全站儀測量數據對比可知，X的較差介于-0.36～0.80m，Y的較差介于-0.34～0.52m，Z的較差介于-0.35～0.26m，基本均小于±50 cm，說明使用該方法所獲坐標的精度是較高的，能夠滿足工程測量的基本需求。

2.2 施工放樣

施工放樣是工程測量的重要組成部分，其工程點測量精度直接影響工程質量。傳統的測量儀器在施工放樣過程中必須在室內計算好放樣的各種元素，如起點坐標、終點坐標、半徑、曲線轉角等，且在放樣過程中需要多人協同配合才能完成外業工作。將GPS實時動態測量方法應用于工程放樣，僅需在放樣之前將各個元素輸入流動接收機即可，在外業操作過程中僅需一人就可完成全部放樣測量工作，不僅操作簡單靈活，而且效率高、精度高，提高了施工放樣進度。

2.3 地形測量

地形測量是工程施工過程中重要的基礎圖件之一。一般來說，傳統的地形測圖方法不僅工作效率低、外業工作量大，而且精度較低，成本高。同時，隨著無人機技術和實時動態定位技術的發展，航空攝影測量技術得到了快速發展，在地形測圖方面應用極為廣泛。但是，在工程測量過程中，需要的地形測圖范圍較小，若使用航空攝影測量技術成本高；若使用傳統的測圖方法，則效率低、外業工作量大。因此，將GPS實時動態測量技術應用于小范圍地形圖測量，不僅具有精度高、成本低的優勢，而且降低了測繪成本，提高了測量效率。鑒于此，本文針對某工程修建過程中小范圍地形測量成果，與早期開展的大范圍航空攝影測量成果進行對比，分析其精度的可靠性，統計數據見表2。

由表2可知：使用GPS實時動態測量技術與航空攝影測量技術測量結果基本一致，數據變化范圍基本一致，X的較差介于-0.36～0.42 m，Y的較差介于-0.35～0.44 m，Z的較差介于-0.35～0.34m，均小于±10，說明使用該方法所獲地形圖的精度是較高的，能夠滿足工程測量的基本需求。

2.4 控制測量

控制測量是工程測量的重要內容，以控制點等為主，是工程放樣、地形測量等測量校對的主要依據。控制點一般是均勻分布在工程建設區域內以及周邊，使得控制點較為分散，若使用傳統的測量技術具有搬動設備頻率高的缺陷。由于GPS實時動態測量在15 km范圍內具有高的測量精度，在該范圍內僅需要設置一處基準站即可完成以基準站為圓心，半徑為15 km范圍內的測量任務。因此，將GPS實時動態測量應用于控制測量，具有操作簡便、效率高和精度高的優勢[5]。

2.5 其他方面測量

工程測量內容是豐富的，不僅包括施工測量、放樣測量、地形測量、控制點測量等，還包含了施工過程中涉及的房屋測量、水域測量，尤其是在城市規劃以及建設過程中，后兩種測量工作量較大，也是產生糾紛的主要環節。由于城市房屋分布較為集中，具有成片、成帶分布的特征，在缺少圖根的條件下，利用少量的基準點坐標信息，就可完成較大面積范圍內的界址測量工作，且測量精度滿足房屋測量確權登記的精度要求。同時，由于GPS實時動態測量技術自動化程度高，在軟件中可自動生成數字化圖件，減少了后期數據處理工作量。此外，由于GPS實時動態測量所獲坐標信息均為三維坐標，可通過軟件處理形成三維圖件，能夠更加直觀反映房屋、水系等的分布特征。

3. 結論

綜上所述，GPS實時動態測量技術是一種基于載波相位的實時差分GPS測量技術，該技術融合了數據傳輸技術與GPS技術。文章在分析GPS實時動態測量技術基本原理以及工作流程的基礎上，以某工程測量為例講述了該方法在工程測量中的應用，同時與傳統的全站儀測量方法以及現代化航空攝影測量對比，所獲測量精度均能夠滿足國家規范要求。同時，將該技術推廣，不僅具有操作簡便、外業工作量小、效率高、精度高的優勢，而且具有更低的測量成本，尤其是在公路測量、鐵路測量等距離較長的測繪工作中，更具優勢。