GPS測(cè)量技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域中的應(yīng)用

謝東東

（江西省中旭國(guó)土勘測(cè)規(guī)劃有限責(zé)任公司）

GPS測(cè)量技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域中的應(yīng)用

謝東東

（江西省中旭國(guó)土勘測(cè)規(guī)劃有限責(zé)任公司）

隨著我國(guó)測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS測(cè)量技術(shù)在現(xiàn)代的土木工程施工中使用的越來(lái)越多。尤其是對(duì)于一些視野開闊和衛(wèi)星信號(hào)較強(qiáng)的大部分地區(qū)，GPS應(yīng)用更加廣泛。因此，研究GP在測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用具有非常重大的意義。本文介紹了GPS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，闡述了GPS測(cè)量的基本原理，分析了GPS測(cè)量的操作要點(diǎn)，最后提出了GPS測(cè)量的一些控制措施。

GPS；全站儀；測(cè)量放線技術(shù)

引言

隨著GPS技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是GPS差分技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了我國(guó)地形測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。由于應(yīng)用GPS技術(shù)不僅可以進(jìn)行平面位置的精確定位，還能用來(lái)進(jìn)行圖根點(diǎn)的加密及施工放樣的實(shí)時(shí)確定。同時(shí)，GPS技術(shù)具有單人單機(jī)布設(shè)圖、操作靈活和點(diǎn)位誤差不會(huì)累積等優(yōu)點(diǎn)。GPS測(cè)量技術(shù)可以準(zhǔn)確地定位到平面和高程坐標(biāo)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)和高速地采集地形點(diǎn)三維數(shù)據(jù)的效果，大大提高了地形測(cè)量工作效率。因此，GPS技術(shù)的應(yīng)用顯得至關(guān)重要。

1 GPS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)

1.1 作業(yè)效率高

GPS測(cè)量需要的控制點(diǎn)比較少，因而不需要進(jìn)行遷站，一般情況下，一個(gè)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈可以控制十幾千米的測(cè)程距離。同時(shí)，GPS測(cè)量投入的人力比較少，尤其是在山嶺建設(shè)區(qū)高速公路的測(cè)量應(yīng)用中，路基路面工程更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。因此，GPS測(cè)量的首要優(yōu)點(diǎn)就是作業(yè)效率高。利用GPS進(jìn)行測(cè)量，可以大大節(jié)省人力物力，從而提高測(cè)量工作效率。

1.2 定位精度高

在線路測(cè)量工作中采用GPS技術(shù)，可以保證各次測(cè)量的點(diǎn)位誤差各自獨(dú)立而互不影響，而且已經(jīng)產(chǎn)生的誤差，也不會(huì)累積和疊加。同時(shí)，在使用GPS測(cè)量技術(shù)時(shí)，測(cè)量的精度可以達(dá)到厘米級(jí)別。因此，GPS具有定位精度的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 測(cè)站點(diǎn)間無(wú)須通視

GPS測(cè)量技術(shù)在測(cè)站之間的應(yīng)用時(shí)不需要進(jìn)行通視，只需要采用電磁波等設(shè)備就可以進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，由于GPS測(cè)量受到自然環(huán)境的影響一般較小，使得其測(cè)站選點(diǎn)更加靈活方便，從而提高工作效率。

1.4 自動(dòng)化程度高

目前，GPS設(shè)備朝著小型化和輕便化的方向發(fā)展，因而進(jìn)行測(cè)量的工作人員只需要進(jìn)行天線對(duì)中和整平處理。測(cè)量?jī)x器一般可以自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，就能求得測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，大大減少了工作量。

2 GPS測(cè)量的基本原理

GPS測(cè)量一般包括動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量?jī)煞N測(cè)量模式。①動(dòng)態(tài)測(cè)量。動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)是指以載波相位觀測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)，一般是由于基準(zhǔn)站接收機(jī)，流動(dòng)站和數(shù)據(jù)傳輸鏈路三個(gè)部分組成的。同時(shí)，基準(zhǔn)站接收機(jī)一般是架設(shè)在已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)上，通過連續(xù)接收所有GPS衛(wèi)星信號(hào)，然后進(jìn)行定位計(jì)算，就可以顯示出流動(dòng)站所處位置的三維坐標(biāo)。為了判斷出測(cè)量是否滿足要求，也可以顯示出測(cè)量的精度。通過系統(tǒng)內(nèi)差分處理求解載波相位整周模糊度，實(shí)時(shí)求算出流動(dòng)站的平面坐標(biāo)和高程。②靜態(tài)測(cè)量。動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)是指將多臺(tái)GPS接收機(jī)同步進(jìn)行觀測(cè)，然后對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行處理，利用GPS控制器的實(shí)時(shí)處理軟件進(jìn)行參數(shù)的轉(zhuǎn)化和求解，從而確定測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

3 GPS測(cè)量的操作要點(diǎn)

3.1 控制網(wǎng)點(diǎn)

GPS測(cè)量技術(shù)一般需要結(jié)合路線的地形特點(diǎn)等進(jìn)行施工放樣，從而保證施工放樣的精度，同時(shí)還需要進(jìn)行加密控制點(diǎn)的設(shè)置。加密的控制點(diǎn)的布設(shè)方案如下：以路線走向布設(shè)一級(jí)加密點(diǎn)，每隔400m左右布設(shè)一點(diǎn)。同時(shí)，采用多臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)點(diǎn)的控制。當(dāng)然，每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)交接出都要進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以滿足一級(jí)測(cè)量點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求。GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)于平面控制和高程控制也有一定的要求，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3.2 外業(yè)實(shí)施

外業(yè)實(shí)施主要包括以下兩個(gè)方面：①觀測(cè)。在多個(gè)不同的位置安裝多臺(tái)GPS接收機(jī)。操作步驟主要包括以下幾點(diǎn)：a.架站。提前認(rèn)真架好儀器，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行對(duì)中和整平處理。b.量測(cè)天線高度。GPS天線高的量測(cè)一般測(cè)量的都是其斜高，而不能改為垂直高度，并且需要進(jìn)行多次測(cè)量，然后取其平均值。c.觀測(cè)過程。在進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，首先需要關(guān)掉儀器的開關(guān)，GPS就可以自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)。同時(shí)，工作人員需要做好記錄，要求觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度要對(duì)每個(gè)測(cè)站點(diǎn)至少觀測(cè)一個(gè)小時(shí)以上。d.觀測(cè)結(jié)束。當(dāng)觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)該立即關(guān)掉開關(guān)，同時(shí)還需要測(cè)量天線高，以判斷觀測(cè)儀器的位置。②數(shù)據(jù)處理。在采用GPS測(cè)量技術(shù)測(cè)量完成后，需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，然后采用GPS軟件進(jìn)行處理。通過平差法處理后，可以減小網(wǎng)點(diǎn)中的誤差，平均誤差可以保持很小。但是，如果采用常規(guī)的測(cè)量方法，進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，并且測(cè)量的精確度不高。

4 GPS測(cè)量在土木工程中的控制措施

4.1 觀測(cè)衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度要高

GPS測(cè)量后還需要進(jìn)行坐標(biāo)解算，這時(shí)所采用的衛(wèi)星數(shù)量越多，并且分布越廣，使得測(cè)量的精確性和可靠性越高。同時(shí)，測(cè)量時(shí)進(jìn)行初始化的時(shí)間也更短。因此，觀測(cè)衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度很高，一般需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能進(jìn)行GPS測(cè)量，從而更好地保證測(cè)量的精度。

4.2 作業(yè)人員的責(zé)任心要強(qiáng)

GPS測(cè)量不僅要求工作人員具有較高的專業(yè)測(cè)量技術(shù)，還要求測(cè)量人員具有較高的責(zé)任心。由于測(cè)量人員的專業(yè)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心等會(huì)直接影響測(cè)量的結(jié)果。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先需要將GPS接收機(jī)進(jìn)行對(duì)中和整平處理，防止輸入的已知點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換和天線高等數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，這些環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤差都會(huì)影響GPS測(cè)量的精度。因此，測(cè)量工作人員應(yīng)該具有極強(qiáng)的責(zé)任心，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行測(cè)量等操作過程。同時(shí)，測(cè)量人員還需要對(duì)儀器基座和測(cè)桿上的水準(zhǔn)器等必須定期嚴(yán)格校正，以避免系統(tǒng)誤差的影響。

4.3 觀測(cè)成果要進(jìn)行復(fù)核

GPS測(cè)量具有實(shí)時(shí)和快捷等顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是，GPS測(cè)量的初始化置信度通常也較高，并且在測(cè)量的過程中缺乏檢核條件，造成個(gè)別控制點(diǎn)出現(xiàn)測(cè)量誤差。因此，為了更好地保證GPS測(cè)量的精度和可靠性，必須要對(duì)觀測(cè)成果要進(jìn)行復(fù)核。成果的復(fù)核一般分為作業(yè)前復(fù)核和作業(yè)中復(fù)核兩個(gè)組成部分。①作業(yè)前復(fù)核是指在進(jìn)行GPS測(cè)量之前進(jìn)行的操作，提前在已知控制點(diǎn)上進(jìn)行檢測(cè)，然后將新的控制點(diǎn)與已知的控制點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，只有當(dāng)新的控制點(diǎn)滿足一定的要求后，才能進(jìn)行GPS測(cè)量。②作業(yè)中復(fù)核。作業(yè)中復(fù)核是指在測(cè)量過程中，采用GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，以保證測(cè)量的精度。

5 總結(jié)

總而言之，通過GPS測(cè)量技術(shù)能夠保證一定的測(cè)量精度，因而可以為全站儀測(cè)量下的數(shù)據(jù)結(jié)果提供參考。通過對(duì)比動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量?jī)煞N測(cè)量模式，可以發(fā)現(xiàn)GPS測(cè)量技術(shù)不會(huì)存在誤差積累等問題，可以從大量的測(cè)量數(shù)據(jù)中分析出測(cè)量控制點(diǎn)的精度，從而保證測(cè)量的精度能夠滿足施測(cè)控制和碎部測(cè)量的要求。但是，當(dāng)滿足一級(jí)測(cè)量的精度后，由于高程精度不是太穩(wěn)定，因而還需要采取相應(yīng)的措施提高測(cè)量的精度。然而，全站儀施測(cè)過程中則不會(huì)產(chǎn)生這樣的情況。所以，通過分析可以認(rèn)為GPS測(cè)量技術(shù)的測(cè)量結(jié)果是可信的。雖然GPS測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量速度慢的缺點(diǎn)，但是測(cè)量精度準(zhǔn)確。同時(shí)，從測(cè)量結(jié)果來(lái)看，GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)控制點(diǎn)的測(cè)量精度可以達(dá)到毫米級(jí)，從而可以滿足工程測(cè)量的需要。因此，現(xiàn)階段研究GPS在測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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1673-0038（2015）47-0184-02

2015-11-3