GPS測量技術及其在工程測量中的應用分析

吳康煒

（貴州東南航電開發投資有限公司，貴州 凱里 556000）

工程測量工作是開展工程建設工作的基礎，決定了施工方式、工程設計的合理性。在計算機、通信技術、定位技術逐漸完善的背景下，GPS技術開始被廣泛應用在工程測量中，并且發揮著十分重要的作用。GPS技術會利用人造衛星、觀測站的相互作用，進行完成的觀測網建設，可以精準獲得測量數據，給工程項目建設提供有效的參考數據和信息支持，可以幫助工程進行項目設計方案的優化，以及獲得工程建設區域內的地形信息，減少項目建設的風險，提升工程的質量。

1 GPS技術在工程測量中的應用優勢

1.1 測量速度快

近年來，工程建設規模在逐漸增大，讓很多工程都具有工期緊、任務重的特點，使得快速進行工程測量工作成為工程建設中的剛需。傳統的測量方法可能需要花費大量時間進行數據采集和處理，需要進行繁重的數據修正工作，很難滿足目前對測量工作的效率要求。使用GPS技術可以同時接收多顆衛星信號，可實現多點同時定位，從而顯著提高了測量速度。由于GPS技術能夠獲取衛星載波為基礎的實時坐標，能夠短時間內獲得信息。

1.2 定位精度高

GPS設備通過接收衛星信號并計算其位置，能夠實現高精度的定位。由于GPS衛星的覆蓋范圍很廣，并且目前北斗等系統都擁有多顆衛星，所以在測量工作中可以實現多顆衛星同時負責測量工作，通過接收多顆衛星傳輸的信號，能夠保證測繪的精度。不同的衛星也可以進行誤差修正，目前GPS測繪技術平均誤差已經達到厘米級別，能保證建設人員準確知曉位置信息，方便開展建筑物的放樣和定位、道路的測量等工作，確保工程設計和施工的準確性。

1.3 操作簡單

相比傳統的測量設備，GPS設備的操作更加簡單直觀，方便人員進行日常使用。目前，很多GPS測量技術都具備較高的自動化水平和智能化水平，進行了十分嚴格的人機交互設計，工作人員可以根據需求進行調整。進行靜態測量時，測量人員只需在合適的位置放置接收器，然后進行簡單的設備啟動和參數設置，就可以自動化完成測量工作。測量完成后，遠程關閉按鈕，系統會自動進行數據的整理和保存。當前技術人員可以通過坐標的計算和設置，實現對現場的快速定位，而且可以全天候開展測量工作。這種簡便的操作流程降低了對測量人員的專業要求，降低了測量人員的工作難度，并且有效提升的測量測繪工作的效率。

1.4 觀測點之間無須通視

傳統測量方法通常要求觀測點、控制點之間有良好的通視條件，才能確保測量的準確性，以及保證測量工作的進行。如果出現地面起伏較大、存在建筑物、樹木等遮擋物，則測量工作會變得十分煩瑣。使用GPS技術不受通視限制，其參照點是衛星，而且衛星信號能夠穿過各種遮擋物，因此要考慮現場通視狀況，就可以實現對難以直接測量的區域的定位，提升工程測量的靈活性、適用性和適用性。

2 工程測量主要GPS測量技術

2.1 GPS靜態測量

GPS靜態測量是一種適用于對位置精度要求較高的工程測量方法，GPS接收器會在觀測點上靜止一段時間，有效接收來自衛星的信號，提高定位精度。GPS靜態測量的優勢在于其較高的精度和相對較長的觀測時間，能夠滿足對位置精度有嚴格要求的工程任務，但是該方法所消耗的時間比較長，不適合時間比較緊張的測繪項目。常用的靜態測量技術包括絕對定位和相對定位兩種方式。

（1）靜態測量類型。①絕對定位。該技術使用衛星和觀測站之間的距離作為觀測基礎，使用已知的瞬時坐標來確定觀測站位置，實現測量學中的空間后方交會。由于衛星鐘和接收機并不能保持嚴格的同步，由于相對論效應，所獲得的衛星鐘和接收機鐘的測量結果被稱為偽距。通過使用航電文的參數進行修正，但是接收機鐘的差值則很難確定。所以，在實際修正工作中，會將接收機鐘的誤差視為未知數，進行觀測站坐標的求解。目前，絕對定位測量時，需要使用至少4顆衛星，通過求解觀測站三維坐標分量和接收機鐘的4個未知參數，獲得相對準確的結果。使用該方法能夠獲得充分的多余觀測量，從而能夠提升定位的精度。如果單點點位沒有觀測站的同步數據比較，就很難實現對誤差的控制，而且由于大氣遮光、衛星鐘差等因素很難通過線性組合修正，將會限制絕對定位的精度。②靜態相對定位。靜態相對定位會使用多臺GPS接收機在不同觀測站位置進行觀測，保證各個接收機的位置固定，進行相同GPS衛星的同步觀測，確定各觀測站在WCS-84坐標系中的相對位置。通過多個觀測站進行同步衛星的觀測，衛星的軌道誤差、接收鐘差、電離折射誤差等都具有一定的相關性。利用觀測值的不同組合進行定位，能夠削弱誤差的影響，有效提升定位的精度。目前，該方法也是GPS定位中精度較高的一種。

（2）靜態GPS測量技術應用要點。靜態GPS測量技術應用中，需要合理建立工程控制網，通過其他測量方法獲得附和導線的測量。控制網一般使用涵蓋三角、導線測量的方式進行測量，保證能夠對控制網點進行提前布設，以及滿足國家對高等級控制網點的要求。次級控制網點布設時需要進行加密，并且使用全站儀和棱鏡等完成。要保證對外業作業的掌握，保證測量結果的精度。進入GPS靜態相對定位測量后，就不需要考慮各點之間的通視問題。

2.2 RTK測量

（1）RTK測量原理。RTK全稱是實時運動定位測量，利用GPS載波相位觀測值（如圖1所示），進行實時動態相對定位的技術，具有實時、高精度的特點。測繪時，需要利用兩個觀測站的載波相位信息，通過在基準站和移動站之間傳遞觀測數據，RTK技術可以在幾秒鐘內提供高精度的位置信息。測量過程中，由基準站通過數據鏈將載波觀測值和基準站坐標信息傳給用戶，用戶可以接收GPS衛星的載波相位信息，并進行相位差觀測。這種方法適用于需要實時位置數據的工程任務，例如，土建施工、航測測量等。但是，由于對基準站的依賴，其適用范圍可能受到基準站布設位置的限制。

圖1 RTK技術原理

（2）RTK測量要點。①測量放樣。RTK測量工作中，需要合理利用移動站進行測量放樣工作，工程測量可以在移動站的作用下，使用驅動接收設備進行放樣測量。測量初期，可以獲得接收機初始化完成的信息，然后會提供區域內的垂直精度、水平精度等參數。在進行正式放樣之前，需要將DTM、點位、曲線、道路放樣等數據導入測量設備，之后啟動測量圖表，選擇RTK放樣選項。在放樣的過程中，RTK能夠顯示放樣的位置、水平距離、觀測值等信息，如果發現有放樣點、移動站距離太小的情況，可以采用RTK控制器進行實測。②控制測量。使用RTK測量技術能夠在20km范圍內獲得3cm的測量精度，可以較好地滿足工程測量的需求。進行橋梁工程放樁測量時，RTK能夠檢核基準站5km范圍內的4個GPS控制點，對高程的控制誤差為5cm。

3 GPS測量技術在工程測量中的應用措施

3.1 定位信息采集和處理

在采集定位信息時，利用不同數據綜合分析進行定位，能夠獲得比較準確的測量結果，使用GPS技術時，就可以利用多模態數據融合的方法提高定位的準確性。在定位時，除了GPS衛星信號，也可以使用傳感器提供的數據，比如，利用慣性導航、地面測站等，融合這些數據后，可以進一步減少不同環境和天氣條件對測量精度的影響，從而獲得更加可靠和準確的位置信息。

3.2 精確工程施工地點

在工程施工中，往往需要進行大范圍的數據測量工作。如果使用傳統測量技術，進行大范圍測量時可能會出現失誤，導致測量結果存在缺陷。使用GPS測量技術可以提供高精度的地理坐標，幫助實現精確的工程施工地點，準確定位工程施工地點，不僅能保證工程建設的順利進行，也能確保施工的質量和安全。

（1）地形和地貌分析。通過GPS測量獲取的地理坐標數據可以與地形和地貌數據進行分析，為工程施工提供合理的地點選擇。在擁有復雜地形的地區，使用GPS技術可以更好地理解地形特征，通過綜合使用衛星同步圖，能夠對當地的情況進行比較全面地分析，了解當地的地貌，有助于選擇最優的工程施工地點。

（2）工程設計與GPS協同。在進行工程設計時，需要精確確定施工地點，通過將GPS測量技術與工程設計結合，能實現工程施工地點的更加精確地規劃。GPS測量技術獲得的信息能夠獲得當地的地形圖，通過GPS測繪系統和數字化設計軟件的協同，設計人員可以利用當地的地形模型展開設計，在施工前期就考慮到地理信息，確保工程設計更貼合現場的實際情況。

3.3 強化項目的整體監控

在工程施工建設中，也可以使用GPS技術進行測量，實現對工程整體狀況的監控。比如，可以進行變形監控、動態定位等工作，還可以利用GPS技術建立工程控制網，實現對工程不同環節的監測和控制。通過在建筑物等結構中安裝GPS信號接收器，就能夠進行工程項目變形情況的監測，并且完成對工程橫斷面、縱斷面的監測控制工作。

4 GPS測量技術在工程中的具體應用

4.1 城市測繪中的應用

目前，很多城市都開展了高層建筑的建設，城市的綠化水平也逐漸提升，建筑、樹木等都會影響開展測繪工作的通視條件，導致傳統測繪技術應用巨大限制。為了繼續推動我國的城市化進程，推動發展，就需要使用GPS技術進行測繪工作，為城市建設提供精確有效的數據信息，方便開展城市建設項目的規劃。

我國城市建設環境比較復雜，城市中存在很多，使用傳統方法測繪時，需要確定控制網和可控制點，而且要保證各個點之間保持通視，所以采用傳統測量方法會消耗較多的人力和物力，也會影響測量精度。使用GPS技術能夠直接使用衛星信號，不會受到通視情況的限制，可以保證測繪效率，也能減少投入。而且使用GPS技術也能在短時間內就進行大量數據的采集，通過融合RTK技術，可以提升工程測繪的速度。

4.2 水下地形測繪

水下地形的測繪對于水域工程、海洋勘測等具有重要意義，使用GPS技術能夠讓水下地形的測繪變得更為精準和高效。在使用GPS技術進行水下地形測繪，需要建立水下定位系統，確保在水下環境也能獲得位置信息，通過綜合使用聲吶、激光測距等技術的水下定位系統能夠測量水下物體的位置坐標，實現對水下地形的高精度測繪。

5 結語

使用GPS測繪技術相比傳統測繪技術擁有更高的測繪效率和精度，操作也相對簡單，不會受到通視條件等因素的限制，因此具有較好的測量效果。測量人員需要充分了解靜態測量、RTK等GPS測量技術的使用方法，加強測量精度的控制和優化，針對不同類型的測量工作合理使用對應的測量技術，滿足當前對工程測量精度、測量效率的需求，提升工程測量的整體效益。