GPS技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用研究

【摘要】GPS技術(shù)在工程測繪上的廣泛應(yīng)用，不僅使得測量工作的效率大大提升，而且還使測量的精準(zhǔn)度有了質(zhì)的飛躍。本文詳細(xì)介紹GPS技術(shù)的定義與原理，分析GPS技術(shù)的特點(diǎn)，闡述GPS技術(shù)在工程測繪工作中的實(shí)際應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù)；基本原理；特點(diǎn)；應(yīng)用情況

前言

GPS技術(shù)起源于美國，是Global Positioning System的首字母簡稱，中文直譯名稱是全球定位系統(tǒng)。GPS技術(shù)由軟件部分和硬件部分組成，軟件指的是利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)開發(fā)出來的各種測量軟件；硬件包括環(huán)繞地球運(yùn)行的通信衛(wèi)星以及地面信號接收裝置。GPS的關(guān)鍵系統(tǒng)是衛(wèi)星無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，通過衛(wèi)星對用戶區(qū)域進(jìn)行掃描測繪，向用戶提供三維坐標(biāo)、導(dǎo)航等服務(wù)。隨著技術(shù)的日漸成熟，GPS技術(shù)應(yīng)經(jīng)滲入到了我們生活中的方方面面，遠(yuǎn)不局限于工程測繪。在工程測繪領(lǐng)域，GPS技術(shù)的重要性是不言而喻的。

1、GPS技術(shù)的基本原理

GPS技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜，根據(jù)空間上的位置關(guān)系，我們可以將GPS技術(shù)分為三種組成部分：地球外空間軌道衛(wèi)星、地面接收控制站點(diǎn)、用戶信號接收與發(fā)射裝置。下面根據(jù)這三個(gè)組成部分，來講述GPS的基本工作原理。

一般而言，一定量的地球外空間軌道衛(wèi)星組成一個(gè)系統(tǒng)，將信號覆蓋到所用的用戶區(qū)域，當(dāng)用戶有需求是，空間衛(wèi)星發(fā)射導(dǎo)航定位信號。地面接收控制站點(diǎn)利用計(jì)算機(jī)對衛(wèi)星收集到的信號進(jìn)行處理，在將結(jié)果反饋到空間衛(wèi)星。GPS用戶只需打開相應(yīng)的接收終端設(shè)備，就可以收到處理好的信息，用于定位導(dǎo)航和測量等。

GPS技術(shù)的關(guān)鍵在于定位。按照定位方式的來分類，GPS技術(shù)可以分為絕對定位、相對定位兩種定位方式。不同定位方式在實(shí)際中的應(yīng)用不同，各有其特點(diǎn)。相對定位依據(jù)的是空間幾何理論，已知測量點(diǎn)與三顆衛(wèi)星間的距離，利用數(shù)學(xué)理論，通過三顆衛(wèi)星的具體位置就可以推算出測量點(diǎn)的實(shí)際位置。而絕對定位，是依據(jù)具體的海拔數(shù)據(jù)、經(jīng)度、緯度等信息，來確定測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。這兩者定位方式，測量的精度都比較高，可以根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

2、GPS技術(shù)的典型特點(diǎn)

GPS技術(shù)以其優(yōu)越的性能在測繪行業(yè)具有極其重要的地位，以下就詳細(xì)地列出該技術(shù)具體的特點(diǎn)特征。

（1）GPS技術(shù)具有強(qiáng)悍的功能及廣闊的應(yīng)用空間

GPS技術(shù)廣泛的用于車輛船舶導(dǎo)航、速度測試、定位測量等領(lǐng)域，因?yàn)樗芴峁?zhǔn)確的速度、時(shí)間、三維坐標(biāo)等信息。近年來，隨著GPS技術(shù)的不斷革新完善，它的穩(wěn)定性、功能性也得到了進(jìn)一步提升，未來的應(yīng)用空間還能進(jìn)一步拓展。

（2）使用GPS技術(shù)開展定位工作，精度極高

經(jīng)過在長期的工程測繪中應(yīng)用的考驗(yàn)，GPS技術(shù)的測量精度得到了工程測量人員的高度認(rèn)可。GPS技術(shù)采用的是靜態(tài)相對定位的模式，其定位精度極高，在不久的將來，隨著更先進(jìn)技術(shù)引入到GPS測量技術(shù)中，它的定位精度將達(dá)到令人吃驚的厘米，甚至毫米級別。這樣的定位精度，對于工程測繪工作的質(zhì)量來說，將是一個(gè)極大的保障。

（3）GPS技術(shù)對操作人員的素質(zhì)要求不高，且測量實(shí)現(xiàn)了高度自動化

GPS技術(shù)在實(shí)際的工程應(yīng)用中，操作簡單，不要求操作者有多高的理論水準(zhǔn)，達(dá)到一定教育程度的人員經(jīng)過簡要培訓(xùn)即可掌握。測量過程中，設(shè)備的自動化程度較高，操作者不需要進(jìn)行復(fù)雜的操作程序，只需打開儀器開關(guān)，采集具體氣象信息，并測量儀器高度，就可完成一項(xiàng)測量工作。

由上可知，GPS技術(shù)具備多功能、精準(zhǔn)度高、應(yīng)用范圍廣及操作簡單等特點(diǎn)，能極大程度地提高工程測繪工作的效率，獲得精確度高的測量結(jié)果。

3、實(shí)際工程測繪工作中，GPS技術(shù)的應(yīng)用情況

3.1 GPS技術(shù)在水下地形測繪中的使用

在很長的一段時(shí)期內(nèi)，水下地形測繪一直困擾著工程測繪人員，GPS技術(shù)的出現(xiàn)使得水下地形測繪工作更加便捷、精準(zhǔn)度更高。隨著人類對海洋的開發(fā)海洋步伐日益加快，各種海港、碼頭、油井建設(shè)工程愈加頻繁，亟需對海洋水下地形進(jìn)行測繪，以便于后續(xù)的工程建設(shè)。

傳統(tǒng)的水下地形測繪采用測深儀測量水深，用經(jīng)緯儀、外測距儀等對平面位置進(jìn)行測量，該法操作難度較大，測量的精準(zhǔn)度也不高，而GPS測量技術(shù)能夠解除傳統(tǒng)測量方法的困境，更適用于大比例尺下的水下地形測繪工作。利用GPS技術(shù)測繪水下地形，依靠的設(shè)備儀器有：測深儀、潮位儀以及差分GPS接收機(jī)、終端接收設(shè)備，這些設(shè)備相互配合構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的測繪體系，對水下地形進(jìn)行精確化測量。

3.2 GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在測繪工作中的應(yīng)用

GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指的是利用計(jì)算機(jī)三維成像軟件，將工程測繪的工作過程在計(jì)算機(jī)上以三維圖像的形式表現(xiàn)出來，分析出測繪的重點(diǎn)部位，指導(dǎo)實(shí)際的工程測繪工作。GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有直觀形象的優(yōu)點(diǎn)，能極其真實(shí)立體地體現(xiàn)復(fù)雜的工程的外觀狀況，通過測量前的圖像模型，為實(shí)際測量方案的選擇可供了很好的指示作用，提高了測繪的可行性與安全性。運(yùn)用GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以很好地解決礦山井巷工程的測繪難題，更好地為生產(chǎn)活動服務(wù)。

3.3 GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測工作中的應(yīng)用

大型的工程建筑，在建設(shè)使用過程中會出現(xiàn)變形的問題，造成這種變形的原因是多樣的，可能是人為原因，也可能是地質(zhì)原因。如何監(jiān)控大型建筑的變形量，保證建筑建設(shè)使用過程中的安全性，是擺在工程人員面前的一道難題。GPS技術(shù)的出現(xiàn)，使得建筑物變形監(jiān)控的難題迎刃而解。GPS測量技術(shù)利用其精度極高的三維定位技術(shù)，對建筑的變形量進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即采取措施防止情況的進(jìn)一步惡化。GPS技術(shù)監(jiān)控變形最常見的應(yīng)用實(shí)例是水壩的變形監(jiān)控，通過在壩體上安裝信號接收裝置，利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)掌握最新的壩體位移或變形量，以便于制定對策措施，提高壩體的安全性。

4、工程測繪中GPS測量的實(shí)施過程

4.1 測量點(diǎn)的選擇及測量標(biāo)志的建立

GPS技術(shù)測量點(diǎn)選擇，并不難，主要得益于GPS測量站內(nèi)部無需通視及靈活的網(wǎng)行結(jié)構(gòu)體系，相比于常規(guī)的測量選點(diǎn)，更加便捷高效。在工程測繪工程中，只要在設(shè)備易于安裝、開闊的位置設(shè)置測量點(diǎn)位即可，盡量避免信號覆蓋不到的區(qū)域，避免各種電磁信號的干擾。測量點(diǎn)位選擇好后，可以簡單地做一些標(biāo)志，如埋置標(biāo)石等，方便后續(xù)工作的展開。最后，繪制相應(yīng)的圖紙，完成選點(diǎn)工作。

4.2 外業(yè)觀測

外業(yè)觀測，依據(jù)外空間衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，利用衛(wèi)星采集而來的信號，對測量工作進(jìn)行觀測，最終對安裝天線實(shí)施精準(zhǔn)的定位。在實(shí)施外業(yè)觀測過程中，要遵循相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，有步驟地實(shí)施各項(xiàng)流程，提高整個(gè)觀測的質(zhì)量。

4.3 數(shù)據(jù)的處理和測量結(jié)果的檢驗(yàn)

對收集而來的數(shù)據(jù)可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)有效的分析處理，另外，針對觀測成果還要實(shí)施必要的檢驗(yàn)工作，常見的檢驗(yàn)手段主要是外業(yè)檢驗(yàn)。外業(yè)檢驗(yàn)是保障最終測量質(zhì)量以及精準(zhǔn)度的重要一環(huán)，在整個(gè)測量工作當(dāng)中是必不可少的。

5、工程測繪領(lǐng)域里GPS技術(shù)的未來發(fā)展方向

GPS技術(shù)的出現(xiàn)，對于傳統(tǒng)的測繪領(lǐng)域無異于是一場技術(shù)革命。GPS技術(shù)建立在基本的測量理論上，但不局限于傳統(tǒng)的測量方法，它使傳統(tǒng)的理論產(chǎn)生了質(zhì)上的變革，同時(shí)也使得測量學(xué)科和其他學(xué)科間的聯(lián)系更急緊密，對于測量學(xué)科發(fā)展而言，也將有極大的推動作用。

GPS技術(shù)在工程測繪領(lǐng)域的未來發(fā)展將走向智能化、全面化、立體化、快速化，通過更加先進(jìn)的設(shè)備建立一個(gè)整體性的GPS網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)控礦區(qū)地面沉降監(jiān)測、地下隧道測量、城市高建筑監(jiān)測等精密程度較高的工程建設(shè)。未來的GPS技術(shù)也將更加靈活，更加便捷，為我們的生產(chǎn)生活提供更好的服務(wù)。

6、結(jié)語

如上文所述，GPS技術(shù)在工程測繪中使用已經(jīng)很普遍了，GPS技術(shù)以其極高的精準(zhǔn)度、較好的可靠性、高度的自動化贏得了工程測繪人員的廣泛贊譽(yù)，在未來很長的一段時(shí)間內(nèi)，GPS技術(shù)仍將主導(dǎo)整個(gè)工程測繪領(lǐng)域，并且隨著技術(shù)的革新進(jìn)步，將用更強(qiáng)的實(shí)用性，更廣闊的發(fā)展空間。