工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用及精度分析

李 楠

( 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025 )

工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用及精度分析

李 楠

( 黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025 )

隨著工程建設(shè)的現(xiàn)代化，現(xiàn)代工程建設(shè)越來(lái)越多元化，工程測(cè)量技術(shù)為了滿足工程建設(shè)的多元化需求也在不斷地創(chuàng)新與研發(fā)中。作為工程測(cè)量的重要手段之一的GPS技術(shù)，憑借其高精度、高效率、易操作等技術(shù)優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)代工程建設(shè)中得到了廣泛地應(yīng)用。針對(duì)工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用以及其精度進(jìn)行分析探討，闡述其在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用價(jià)值，提出在測(cè)量實(shí)踐中應(yīng)該如何控制其測(cè)量精度，以供參考。

工程測(cè)量；GPS技術(shù)；應(yīng)用；精度

GPS測(cè)量技術(shù)以其獨(dú)具的精準(zhǔn)性、高效性、易操作的特點(diǎn)在現(xiàn)代工程測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代工程測(cè)量的重要組成部分，并促進(jìn)了現(xiàn)代工程測(cè)量的自動(dòng)化和智能化以及規(guī)模化[1]。GPS測(cè)量技術(shù)在我國(guó)現(xiàn)代工程測(cè)量中的應(yīng)用狀況如何呢？在我國(guó)現(xiàn)代工程測(cè)量中有著怎樣的前景，有出現(xiàn)了哪些問(wèn)題呢？這些都是測(cè)量技術(shù)人員應(yīng)該關(guān)心的問(wèn)題，作為當(dāng)前一個(gè)重要研究課題，將針對(duì)這些問(wèn)題一一進(jìn)行分析。

1 工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

1.1 地形、地籍與房地產(chǎn)測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

由于城市、礦區(qū)等項(xiàng)目工程的規(guī)劃及建設(shè)管理需要不同的比例尺地圖，就必須進(jìn)行地形測(cè)量。而地籍房地產(chǎn)測(cè)量則是用于對(duì)土地權(quán)屬界址點(diǎn)位置的精確測(cè)定，以及為土地和房產(chǎn)管理提供比例尺較大的平面圖,并對(duì)房屋面積進(jìn)行量算[2]。在對(duì)地形、地籍和房地產(chǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，GPS測(cè)量技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是提高了對(duì)各個(gè)待測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)定的速度，并且應(yīng)用GPS技術(shù)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果具有高精度性，這樣工程測(cè)量人員就能掌握高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息，方便其對(duì)工程的分析與判斷。另外由于近幾年興起和發(fā)展了一項(xiàng)名為RTK即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法的測(cè)量技術(shù)[3]，此項(xiàng)測(cè)量技術(shù)完成所需的條件限制較少，它不對(duì)基準(zhǔn)控制點(diǎn)的數(shù)量做出任何要求，即使可用的基準(zhǔn)控制點(diǎn)極少，它也可以完成測(cè)量。在對(duì)界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、及地物點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，不用布置任何級(jí)別的控制點(diǎn)就能進(jìn)行得快速又精確。此外，它還能一次性繪制出關(guān)于各級(jí)控制點(diǎn)的不同比例尺的電子地圖，只需借助工程測(cè)圖軟件和相關(guān)的計(jì)算機(jī)繪圖儀即可。與之前在地形、地籍與房地產(chǎn)工程測(cè)量中使用的應(yīng)用的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量相比，RTK技術(shù)無(wú)需等到事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，在野外實(shí)時(shí)就能得到高精度的結(jié)果。RTK技術(shù)是GPS技術(shù)發(fā)展的一大突破。

1.2 城市測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市工程測(cè)量也得到了發(fā)展。由于城市工程測(cè)量自身所具有的與地形、地籍與房地產(chǎn)測(cè)量所不同的特點(diǎn)，在進(jìn)行城市工程測(cè)量中，必須先進(jìn)行大地測(cè)量。城市測(cè)繪工作所需要的與之相關(guān)的高等級(jí)控制點(diǎn)以及基礎(chǔ)資料都需要進(jìn)行大地測(cè)量才能獲得。之后將這些資料與GPS測(cè)量相結(jié)合，對(duì)城市規(guī)劃及建設(shè)管理的工程測(cè)量成果、成圖進(jìn)行測(cè)量，就能建立城市控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)。不過(guò)在采用GPS技術(shù)進(jìn)行城市工程測(cè)量時(shí)要嚴(yán)格根據(jù)《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》及相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)進(jìn)行并結(jié)合衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)到該城市上空的具體時(shí)間來(lái)制定城市測(cè)量計(jì)劃[4]。一般要求每天在兩個(gè)小時(shí)進(jìn)行數(shù)量在六顆及以上的衛(wèi)星跟蹤并確保位置精度強(qiáng)弱度在6或6以下，同時(shí)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)設(shè)站不少于2次，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)在30～60min，觀測(cè)時(shí)間要盡量設(shè)在白天。由此可見(jiàn)GPS技術(shù)雖具有高精度、高效率、低成本和數(shù)據(jù)安全可靠的優(yōu)勢(shì)，但也有著一定條件的限制。

1.3 礦山測(cè)量中的GPS技術(shù)的應(yīng)用

目前我國(guó)土地資源比較緊張，特別是許多沿海城市發(fā)展過(guò)程中要擴(kuò)大城市規(guī)模，進(jìn)行城市建設(shè)，就要進(jìn)行大規(guī)模的圍墾建設(shè)。由于圍墾工程遠(yuǎn)離岸邊在受潮汐影響嚴(yán)重的施工點(diǎn)進(jìn)行施工且多數(shù)施工項(xiàng)目需水上作業(yè)完成，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)無(wú)法進(jìn)行，但是GPS可以。故而在工程測(cè)量中GPS不受自然環(huán)境的影響。在礦山測(cè)量中GPS可以起到重要的作用。在進(jìn)行礦區(qū)控制點(diǎn)加密，地形測(cè)量以及鉆孔剖面點(diǎn)、探槽、探井、坑口、取樣鉆孔、地質(zhì)點(diǎn)、近井點(diǎn)、坑口位置點(diǎn)的坐標(biāo)放樣與求測(cè)，工程作業(yè)調(diào)度，地質(zhì)填圖等方面GPS-RTK發(fā)揮了重要的作用。

1.4 路線、橋、隧勘察中的GPS技術(shù)的應(yīng)用

GPS技術(shù)在現(xiàn)代工程測(cè)量中發(fā)展出來(lái)GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，這項(xiàng)測(cè)量技術(shù)徹底的改變了公路測(cè)量的模式。它不僅具有GPS測(cè)量技術(shù)的精準(zhǔn)性、高效性、易操作的特點(diǎn)，還能對(duì)所在空間位置的三維坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，及時(shí)得出所需得測(cè)量結(jié)果，可以直接的進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等[5]，非常適合路線、橋、隧的勘察。

2 工程測(cè)量中GPS技術(shù)精度分析

GPS技術(shù)可以在導(dǎo)航的過(guò)程中鎖定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度采用不同方法對(duì)平面與高程進(jìn)行測(cè)量。因此GPS的測(cè)量精度要高于常規(guī)精度。但是受各種原因的影響，GPS測(cè)量的精度會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，這些因素主要是以下幾點(diǎn)：

2.1 GPS衛(wèi)星影響測(cè)量結(jié)果

由于GPS測(cè)量技術(shù)是依靠GPS衛(wèi)星定位來(lái)提供測(cè)量數(shù)據(jù)，因此GPS衛(wèi)星的定位精準(zhǔn)度對(duì)GPS精度起到直接的影響。而目前采用的單點(diǎn)定位會(huì)使衛(wèi)星星歷給出的的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際上衛(wèi)星所在的位置不一致，產(chǎn)生誤差。而這種誤差往往會(huì)對(duì)GPS測(cè)量精度產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，因此需要利用區(qū)域性的GPS跟蹤網(wǎng)對(duì)GPS衛(wèi)星軌道進(jìn)行跟蹤確定。由于單點(diǎn)定位的精度較低不能得到GPS測(cè)量所需的高精度結(jié)果，故而應(yīng)不再考慮衛(wèi)星軌道存在的誤差，直接以導(dǎo)航電文所獲得的衛(wèi)星軌道為準(zhǔn)，同時(shí)要保持跟蹤站地心坐標(biāo)的精度，因?yàn)樵谛l(wèi)星運(yùn)行時(shí)會(huì)受到多種攝動(dòng)力的影響，從而產(chǎn)生復(fù)雜多余的衛(wèi)星軌道，另外要使用加權(quán)約束基準(zhǔn)取得5cm以上的相對(duì)坐標(biāo)值[6]。此時(shí)只要將跟蹤基站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析就能修正軌道誤差，傳送給客戶精密的星歷，從而提高GPS測(cè)量的精準(zhǔn)度。

2.2 接收設(shè)備對(duì)GPS測(cè)量精確度的影響

接受設(shè)備在對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收時(shí)，信號(hào)的輸入方向與輸入強(qiáng)度的變化會(huì)對(duì)相位中心位置產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生實(shí)際的相位中心位置與理論的相位中心位置不符合的現(xiàn)象，故而GPS測(cè)量精確度會(huì)被接受設(shè)備的接收機(jī)位置與接收天線相位中心位置影響。因此在進(jìn)行GPS測(cè)量之前要檢測(cè)接收設(shè)備的天線相位中心的穩(wěn)定性，確定接收設(shè)備的天線相位中心達(dá)到了可進(jìn)行測(cè)量的穩(wěn)定值，才能實(shí)施測(cè)量，得到有效的測(cè)量結(jié)果。還要檢驗(yàn)接收設(shè)備的野外作業(yè)性能，確保接收設(shè)備能適應(yīng)野外實(shí)地測(cè)量的環(huán)境狀況。還需要考慮到如果測(cè)程不同，那么精度是否會(huì)發(fā)生變化？假如測(cè)量地點(diǎn)在測(cè)量時(shí)間之內(nèi)的環(huán)境溫度產(chǎn)生了變化，或者是幾臺(tái)同時(shí)作業(yè)的接受設(shè)備所處的環(huán)境溫度不同，那么精度是否也會(huì)發(fā)生變化？甚至還需考慮頻標(biāo)的穩(wěn)定性對(duì)精度的影響。只有在充分了解接收設(shè)備的這些問(wèn)題后才能制定出比較完善且符合實(shí)際的GPS測(cè)量計(jì)劃，以保證GPS測(cè)量的順利完成，使接收設(shè)備對(duì)GPS測(cè)量精度的影響降到最低，得到所需的高精度測(cè)量結(jié)果。

2.3 GPS測(cè)量精確度受衛(wèi)星信號(hào)傳播影響

電離層的彌散特性、大氣層對(duì)信號(hào)的折射、測(cè)站周圍聚集大量的反射物產(chǎn)生折射等，這些因素都可能在衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)程中對(duì)傳播路徑造成影響，是傳播路徑發(fā)生偏差，傳播速度發(fā)生變化，從而對(duì)GPS測(cè)量精度造成嚴(yán)重的影響。因此要采取降低電離層或?qū)崿F(xiàn)多路徑的方式來(lái)減小誤差，控制精度。首先，電離層模型是進(jìn)行GPS測(cè)量修正的有效手段。由導(dǎo)航電文提供的電離層模型可對(duì)單頻GPS接收機(jī)進(jìn)行修正，當(dāng)然也可采用其他適合的電離層模型進(jìn)行修正；其次，同步觀測(cè)值求差法也是提高GPS精確度的良方。由于衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)各觀測(cè)站的過(guò)程中具有介質(zhì)狀況相似和路徑相近的特點(diǎn)，可利用兩臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，取其差，從而降低電離層折射。再次，可使用雙頻觀測(cè)，對(duì)兩個(gè)偽距進(jìn)行測(cè)量，依據(jù)信號(hào)頻率與電離層折射的特性，在測(cè)量結(jié)果中求出電離層改正數(shù)，提高GPS測(cè)量精度。另外，也可從站點(diǎn)的布置入手，選擇合適的站點(diǎn)。如避開(kāi)山谷、山坡以及盆地，可設(shè)在距大面積平靜水面一段距離的地方。設(shè)置站點(diǎn)最好選在反射能力較差的地方，例如翻耕之后的土地，因?yàn)樗c其他粗糙不平的地面之間的反射能力較差。如果設(shè)置站點(diǎn)需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)任務(wù)，則需要考慮接收機(jī)天線是否具有良好的屏蔽性，天線造型是否合適，截止高度角是否合理。從這些方面進(jìn)行考慮，最終的結(jié)果就是提高GPS測(cè)量的精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為當(dāng)前工程測(cè)量中最重要的技術(shù)手段之一的GPS技術(shù)，在當(dāng)前各類型的工程測(cè)量得到了廣泛的應(yīng)用，甚至發(fā)展出了新技術(shù)如GPS-RTK，可見(jiàn)GPS測(cè)量技術(shù)以其獨(dú)具的精準(zhǔn)性、高效性、易操作的特點(diǎn)在現(xiàn)代工程測(cè)量中具有可觀的發(fā)展前景。雖然在GPS測(cè)量中其精度會(huì)因GPS衛(wèi)星、接收設(shè)備、衛(wèi)星信號(hào)傳播等因素產(chǎn)生誤差，但是通過(guò)選擇有效的精度控制方法，也可改進(jìn)GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高GPS精度，保證并提高工程建設(shè)質(zhì)量。

[1]劉葉明. GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 科技風(fēng),2010,(7):259-260.

[2]張莉.GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].科協(xié)論壇：下半月,2011,(9):64-65.

[3]楊建.GPS技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用分析[J].地球,2014,(6):209-209.

[4]劉貴洲.基于公路工程測(cè)量中GPS的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011,(16):73.

[5]原濤.淺談GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 江西測(cè)繪,2013,(04):53-55.

[6]余美義.GPS技術(shù)在上海城市規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用與展望[J]. 城市勘測(cè),2005,(1):10-14.

(責(zé)任編輯：孫強(qiáng))

Application and Accuracy Analysis of GPS Technology in Engineering Measurement

LI Nan

( Heilongjiang Institute of Architectural Technology，Harbin，Heilongjiang 150025，China )

With the modernization in engineering, the modern construction is getting more and more diversified. In order to meet the diversified needs of engineering construction, engineering measurement is also in constant innovation and development. As one of the important means of engineering measurement, the GPS technology, with its high precision, high efficiency, easy operation and other advantages in the modern construction technology, has been widely applied. This paper analyzes and studies the application of GPS technology in engineering measurement and its accuracy, expounds its application value in the measurement of construction, and puts forward, in surveying practice, how to control the precision of measurement for reference.

engineering survey; GPS technology; application; precision

2015-02-10

李楠(1983-)，女，山東牟平人，講師，碩士。

TU198

A

1671-4385(2015)02-0110-03