論工程測(cè)繪中的GPS測(cè)量技術(shù)

冉 玉

(太原市勘察測(cè)繪研究院，山西 太原 030002)

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論工程測(cè)繪中的GPS測(cè)量技術(shù)

冉 玉

(太原市勘察測(cè)繪研究院，山西 太原 030002)

主要講述了GPS測(cè)量技術(shù)的內(nèi)涵、特征以及在工程測(cè)繪中的應(yīng)用狀況，詳細(xì)分析了GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)管道進(jìn)行坐標(biāo)定位、對(duì)頂管進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)、臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的處理等方面的應(yīng)用，指出采用GPS測(cè)量技術(shù)，大大提升了測(cè)量效率和質(zhì)量，不斷改進(jìn)GPS測(cè)量技術(shù)，可提高測(cè)量工程的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

工程測(cè)繪，GPS測(cè)量技術(shù)，特征，應(yīng)用

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，許多新技術(shù)逐漸應(yīng)用在工程測(cè)繪領(lǐng)域。工程測(cè)繪是一種綜合性作業(yè)，對(duì)技術(shù)有著嚴(yán)格要求，而傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)存在許多缺陷，無(wú)法滿足工程實(shí)際需求。智能化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，尤其是GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了測(cè)量速度和質(zhì)量。利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)作業(yè)，對(duì)工程測(cè)繪進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，形成系統(tǒng)化的測(cè)量處理機(jī)制。

1 GPS測(cè)量技術(shù)概況

隨著測(cè)繪行業(yè)的快速發(fā)展，測(cè)量技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)次改革。其中最大的改革是研發(fā)了GPS測(cè)量技術(shù)。目前，GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，直接影響著測(cè)繪行業(yè)的工藝發(fā)展水平，與傳統(tǒng)施工工藝相比，GPS測(cè)量技術(shù)具有高技術(shù)含量、精確度高等優(yōu)勢(shì)。GPS測(cè)量技術(shù)取消了常規(guī)的測(cè)角和測(cè)距手段，擴(kuò)大了測(cè)量范圍。在開展測(cè)繪工作過(guò)程中，技術(shù)人員可以利用定位技術(shù)構(gòu)建GPS網(wǎng)，通過(guò)GPS網(wǎng)將測(cè)量的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綔y(cè)繪管理部門，相鄰點(diǎn)甚至能達(dá)到上萬(wàn)里，且測(cè)量的連續(xù)性和準(zhǔn)確性都非常高。常見的GPS網(wǎng)布設(shè)形式有跟蹤站式、同步圖形擴(kuò)展式以及會(huì)戰(zhàn)式等。

2 GPS測(cè)量技術(shù)的特征

1)實(shí)時(shí)定位。

實(shí)時(shí)定位是指對(duì)任何運(yùn)動(dòng)或者靜止的目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，顯示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度和經(jīng)緯度，利用GPS技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航，保證運(yùn)動(dòng)載體按照事先設(shè)計(jì)好的路線運(yùn)動(dòng)。所以GPS定位系統(tǒng)用來(lái)導(dǎo)航非常合適。

2)定位精度高。

根據(jù)GPS測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用可以看出，在低于50 km的基線上，通過(guò)載波相位觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位，定位精度非常高，達(dá)到1×10-6～2×10-6，在100 km～500 km范圍內(nèi)的基線上，精度高達(dá)1×10-7。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，測(cè)量技術(shù)也在不斷提高，大大優(yōu)化了觀測(cè)數(shù)據(jù)處理措施，當(dāng)基線距離高于1 000 km時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)精度也能達(dá)到1×10-8。科技的發(fā)展，測(cè)量精度的提高充分滿足了測(cè)量工程的實(shí)際需求。

3)觀測(cè)時(shí)間短。

在未采用GPS測(cè)量技術(shù)之前，當(dāng)基線距離低于20 km時(shí)，一般采取傳入靜止相對(duì)定位模式來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量所需時(shí)間為15 min。如果使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式進(jìn)行測(cè)量，所需時(shí)間在5 min以內(nèi)。因此，采用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，有效地縮短了觀測(cè)時(shí)間，提高了觀測(cè)效率和質(zhì)量。

4)功能齊全。

將GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在工程測(cè)繪中，能提高導(dǎo)航效果和測(cè)量精確度，有助于縮短測(cè)量時(shí)間，提升測(cè)量效率。由于GPS具有諸多優(yōu)勢(shì)，所以在各種測(cè)時(shí)和測(cè)速等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

5)觀測(cè)站之間不需要通視。

對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)而言，對(duì)圖形結(jié)構(gòu)、通視條件等方面要求比較嚴(yán)格，如果各觀測(cè)站之間的通視條件不理想，或者圖形結(jié)構(gòu)不完善，則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。但是采取GPS測(cè)量技術(shù)后，觀測(cè)站15°以上的空間都非常開闊，所以對(duì)觀測(cè)站的通視條件要求不高，只需要滿足和衛(wèi)星間的通視條件即可。采取傳統(tǒng)測(cè)量方式進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，需要耗費(fèi)大量的資金在建設(shè)覘標(biāo)，選擇合適的測(cè)量點(diǎn)。但是采用GPS測(cè)量技術(shù)即使不需要建造覘標(biāo)也能選擇測(cè)量點(diǎn)，這樣不僅節(jié)省了大量的資金，還提高了測(cè)量效率。

6)可操作性強(qiáng)。

GPS測(cè)量技術(shù)是智能化測(cè)量，不需要人員參與，一起自動(dòng)跟蹤、捕捉和觀察衛(wèi)星運(yùn)行狀況，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和定位。在工程測(cè)量過(guò)程中，如果需要對(duì)某個(gè)觀測(cè)站進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，則可以采用無(wú)人數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將收集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)教幚碇行?，統(tǒng)一處理，簡(jiǎn)化工作程序。另外，GPS技術(shù)中的接收機(jī)具有使用方便、小巧輕便等特征。

3 GPS技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

1)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用。

在工程測(cè)繪過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)碰到惡劣的天氣或者復(fù)雜的地形，在這種環(huán)境下進(jìn)行測(cè)繪，無(wú)法保證測(cè)繪的準(zhǔn)確度，也大大增加了測(cè)繪難度，容易引發(fā)安全事故。而GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有交互作用、仿真等優(yōu)勢(shì)，在惡劣天氣或者復(fù)雜地形環(huán)境下，使用GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在電腦上構(gòu)建三維圖像，在三維圖像作用下，能夠觀察到測(cè)繪工程中每個(gè)細(xì)節(jié)，能提高測(cè)量精確度，保證測(cè)繪工作順利開展。另外，通過(guò)三維圖像，可以觀察重點(diǎn)測(cè)量項(xiàng)目各個(gè)細(xì)節(jié)，也能詳細(xì)地標(biāo)識(shí)出工程測(cè)繪過(guò)程中可能出現(xiàn)的困難和安全問(wèn)題。利用三維圖像顯示的信息，測(cè)量人員可以全面了解測(cè)繪中重點(diǎn)項(xiàng)目有關(guān)問(wèn)題，可能出現(xiàn)的安全事故，從而制定針對(duì)性措施，解決問(wèn)題，減少事故發(fā)生的可能性，避免帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行工程測(cè)繪之前，可以建造模型進(jìn)行深入分析，保證測(cè)量方案方便操作，提高測(cè)量的安全性和技術(shù)性。如果采用GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)繪，能夠快速、準(zhǔn)確地找到測(cè)量方案中存在的問(wèn)題，制定有效措施，及時(shí)解決問(wèn)題，從而不斷完善測(cè)量方案，保證測(cè)量工程測(cè)量的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2)通過(guò)GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)管道進(jìn)行坐標(biāo)定位。

對(duì)給水管道進(jìn)行坐標(biāo)定位，大大節(jié)省了時(shí)間、人力、物力和資金，能進(jìn)行全天候的觀測(cè)，快速獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)各觀測(cè)站間的通視要求較低。GPS測(cè)量彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)中很多不足。利用GPS技術(shù)對(duì)管道閥門進(jìn)行定位時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)地理位置出現(xiàn)變化，可以通過(guò)先前測(cè)量的數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確找到管道閥門的位置，提高管道閥門和給水管道的連續(xù)性。

3)GPS測(cè)量技術(shù)在給水管網(wǎng)工程中的應(yīng)用。

GPS技術(shù)主要分為靜態(tài)GPS測(cè)量和動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量?jī)煞N形式。動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量主要是指信號(hào)接收機(jī)在接受信號(hào)時(shí)處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)，靜態(tài)GPS測(cè)量主要是指信號(hào)接收機(jī)在接受信號(hào)時(shí)處于靜態(tài)狀態(tài)。與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，GPS測(cè)量技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，如經(jīng)濟(jì)效益高，操作方便，全天候連續(xù)測(cè)量，自動(dòng)化程度高等。

4)利用GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)頂管進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

在城區(qū)，堆積物較多的管網(wǎng)工程中，在開挖坑道過(guò)程中，道路兩邊的多層或高層建筑非常多，容易出現(xiàn)地下水滲漏問(wèn)題。在建筑施工過(guò)程中，如果出現(xiàn)地下水滲漏，則會(huì)導(dǎo)致地面沉降，威脅周圍建筑物的安全，因此，需要對(duì)施工地區(qū)周圍的建筑進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。在利用GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)頂管進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)時(shí)，需要按照沉降監(jiān)測(cè)的具體要求，固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，一般將監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在建筑物內(nèi)。按照沉降監(jiān)測(cè)的基本要求，固定被監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)的位置，一般將變形點(diǎn)設(shè)置在被監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)。在進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)時(shí)，儀器設(shè)備、觀測(cè)人員都是固定不變的，在相同環(huán)境下，還是存在一定的監(jiān)測(cè)誤差。引進(jìn)GPS測(cè)量技術(shù)后，能將監(jiān)測(cè)誤差控制在合理范圍內(nèi)。

5)對(duì)測(cè)繪工程中臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的處理。

利用傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)繪時(shí)，由于沒有深入實(shí)地調(diào)查、設(shè)計(jì)不合理或預(yù)算不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)龋跍y(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，計(jì)算出的水準(zhǔn)點(diǎn)距離比一般距離大很多。在利用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，大大提高了水準(zhǔn)點(diǎn)距離測(cè)量的準(zhǔn)確度。利用GPS接受裝置接受衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，確定和測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)。在開展外業(yè)觀測(cè)時(shí)，應(yīng)該提前制定科學(xué)合理的測(cè)量計(jì)劃，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，制定測(cè)量計(jì)劃，這樣能提高測(cè)量精確度和工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，GPS測(cè)量技術(shù)具有低成本、測(cè)量精確度高、定位速度快、無(wú)需通視、不受天氣影響等優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐證明，GPS測(cè)量技術(shù)是全天候多功能系統(tǒng)。因此，需要不斷完善GPS技術(shù)功能，加強(qiáng)GPS技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用，推動(dòng)測(cè)繪工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)的過(guò)程中，能提高測(cè)量精確度和質(zhì)量，從而不斷提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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On GPS measurement technique in engineering mapping

Ran Yu

(TaiyuanSurveyandMappingInstitute,Taiyuan030002,China)

The paper introduces the connotation, features of the GPS measurement techniques and its application in engineering mapping, analyzes the coordinate positioning for pipelines with GPS measurement technique, indicates its application in the settlement monitoring of pipe-jacking and the treatment of temporary bench marks, and points out its adoption can promote the measurement efficiency and quality greatly and improve the social and economic benefits by improving the technique continuously.

engineering mapping, GPS measuring technique, feature, application

2015-05-29

冉 玉(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)22-0201-02

TU198

A