GPS定位技術(shù)在土木工程測(cè)量中的應(yīng)用

【摘 要】本文主要針對(duì)GPS系統(tǒng)組成、GPS測(cè)量的工作原理、GPS的特點(diǎn)以及GPS測(cè)量技術(shù)在土木工程領(lǐng)城中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】GPS定位技術(shù)；土木工程測(cè)量；應(yīng)用

引言

隨著我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程規(guī)模的增大，工程測(cè)量的工作量越來越大，這就要求人們加快工程測(cè)量的進(jìn)度、速度，同時(shí)工程規(guī)模的增大和重要性的突顯，要求工程質(zhì)量的提高，這就要求工程測(cè)量速度加快的同時(shí)要確保工程測(cè)量的質(zhì)量。

傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀和光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)量的速度及精度有限，這就促使電子水準(zhǔn)儀和電子經(jīng)緯儀的產(chǎn)生和應(yīng)用，而電子水準(zhǔn)儀和電子經(jīng)緯儀的測(cè)量速度還是有限，精度也不是很高，全站儀的產(chǎn)生將電子水準(zhǔn)儀和電子經(jīng)緯儀合二為一，大大地提升了測(cè)量的工作速度和效率。但全站儀的測(cè)量工作還是得有個(gè)人手持反光鏡對(duì)光反射以求全站儀感應(yīng)測(cè)算，工作效率應(yīng)測(cè)量者的業(yè)務(wù)水平的精深程度而制約，測(cè)量速度和效率還是對(duì)于龐大的工程規(guī)模和快馬加鞭的工程進(jìn)度要求和質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格的時(shí)代要求還是有距離。

傳統(tǒng)常規(guī)的工程測(cè)量具有如下缺陷：測(cè)量規(guī)范對(duì)附合導(dǎo)線長(zhǎng)、閉合導(dǎo)線長(zhǎng)及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線間長(zhǎng)度等有嚴(yán)格規(guī)定。工程建設(shè)地域所能搜索到的測(cè)量控制的起算點(diǎn)間一般很難得到保證為同一測(cè)量系統(tǒng)。國(guó)家大地點(diǎn)破壞嚴(yán)重影響測(cè)量作業(yè)。地面通視困難往往影響工程測(cè)量的實(shí)施。

在這樣的一個(gè)時(shí)代背景下，GPS突顯其能，在工程測(cè)量中大顯手腳，被日益廣泛地應(yīng)用于工程測(cè)量和工程建設(shè)過程中。

一、GPS系統(tǒng)組成

1、GPS的地面控制系統(tǒng)

地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立區(qū)域包括了大西洋、印度洋、太平洋和美國(guó)。GPS地面控制系統(tǒng)主要由一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成的，各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)是由衛(wèi)星的星歷計(jì)算和改正衛(wèi)星鐘的參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中的。是根據(jù)主控站通過，同樣也對(duì)衛(wèi)星實(shí)行控制對(duì)衛(wèi)星發(fā)行命令，以及備用衛(wèi)星的調(diào)度等。監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)，接收衛(wèi)星信號(hào)通過監(jiān)控站來完成的，而將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中由注入來完成的。

2、GPS的用戶

利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，有關(guān)測(cè)量領(lǐng)域一般是由部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件以及像計(jì)算機(jī)、氣象儀器等相應(yīng)的用戶設(shè)備組成從而完成工作的。目前隨著科學(xué)技術(shù)在現(xiàn)代的飛速發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的GPS定位裝置和高精度的技術(shù)指標(biāo)為工程測(cè)量帶來了極大的方便。

二、GPS測(cè)量的工作原理

GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，就是在需要定位的位置p點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻同時(shí)接收了3顆（a，b，c）以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離sap、sbp、scp，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標(biāo)）。從而用距離交會(huì)的方法求得p點(diǎn)的三維坐標(biāo)（xp，yp，zp），其數(shù)學(xué)式為

式（1）中（xa，ya，za）、（xb，yb，zb）、（xc，yc，zc）分別為衛(wèi)星a，b，c在ti時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)。在GPS測(cè)量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，在工程控制測(cè)量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。實(shí)際工程測(cè)量實(shí)踐中，我們需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系來進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，以求出實(shí)際使用的坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)。如此才能更有利于表達(dá)工程地面控制點(diǎn)的位置和處理工程觀測(cè)數(shù)據(jù)，只有這樣才能更好地將GPS測(cè)量?jī)x器應(yīng)用于工程測(cè)量實(shí)踐中。

三、GPS的特點(diǎn)

GPS具有全天候、全球連續(xù)覆蓋、定位精度高、靜態(tài)定位觀測(cè)高效、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，GPS系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，不會(huì)受到時(shí)間、地點(diǎn)等的限制，能在任何時(shí)間段、任何地點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)行；GPS系統(tǒng)有多個(gè)GPS衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的空間分布和運(yùn)行軌跡都是經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)，因此，GPS系統(tǒng)的覆蓋面很廣；通過GPS系統(tǒng)能及時(shí)的獲得動(dòng)態(tài)目標(biāo)的坐標(biāo)、時(shí)間、速度等各種信息，這些信息十分準(zhǔn)確，由此可見GPS技術(shù)具有很高的定位梢度；在進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，可能對(duì)定位精度提出不同的要求，GPS技術(shù)能根據(jù)定位精度的要求，對(duì)觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)分鐘到幾天等不同時(shí)間的定位觀測(cè)，同時(shí)自動(dòng)收集、處理觀測(cè)數(shù)據(jù)，和傳統(tǒng)的觀測(cè)技術(shù)相比，GPS技術(shù)的靜態(tài)定位觀測(cè)效率很高；目前，GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在農(nóng)林、資源勘探、導(dǎo)航、測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域中，其應(yīng)用范圍十分廣泛。

四、GPS測(cè)量技術(shù)在土木工程領(lǐng)城中的應(yīng)用

近年來，隨著科技的快速發(fā)展，GPS技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，并表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性，在工業(yè)、交通、能源、建筑等領(lǐng)域中取得了十分廣泛的應(yīng)用，就土木工程而言，GPS技術(shù)主要集中應(yīng)用在建筑、橋梁、線路、大壩等方面。GPS技術(shù)的應(yīng)用極大的節(jié)省了土木工程施工成本，提高了土木工程的施工質(zhì)量。

1、GPS測(cè)全技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

GPS測(cè)量技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用沒有多長(zhǎng)時(shí)間，還存在一定的局限性。在建筑施工中，GPS測(cè)量技術(shù)主要用于獲取施工坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系的換算關(guān)系，同時(shí)對(duì)建筑物的變形、振動(dòng)等情況進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，從而獲得準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在應(yīng)用過程中，觀測(cè)基點(diǎn)主要用于確定起算點(diǎn)及其方向，避免觀測(cè)點(diǎn)發(fā)生變化，對(duì)觀測(cè)精度造成影響，從而為建筑施工測(cè)量提供保障。

2、GPS測(cè)量技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

在橋梁施工過程中，GPS測(cè)量技術(shù)主要用于構(gòu)建控制網(wǎng)及施工放樣處理中，GPS測(cè)量技術(shù)能準(zhǔn)確的提供三維定位信息，不管是在測(cè)量跨河水準(zhǔn)，還是在測(cè)量高程，都能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性、及時(shí)性、準(zhǔn)確性，有效地提高了橋梁工程的施工質(zhì)量。在進(jìn)行橋梁施工時(shí)，只要能準(zhǔn)確的獲得觀測(cè)站點(diǎn)的搞成異常差值，就能對(duì)GPS點(diǎn)大地高進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而對(duì)高程進(jìn)行有效地控制，同時(shí)橋梁在使用過程中，還可以通過GPS技術(shù)對(duì)橋梁的變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確保橋梁的安全運(yùn)行。

3、GPS測(cè)量技術(shù)在線路勘測(cè)中的應(yīng)用

GPS測(cè)量技術(shù)在線路勘測(cè)中有十分廣泛的應(yīng)用，如在輸電線路建設(shè)、鐵路建設(shè)、通訊線路建設(shè)等方面的應(yīng)用。對(duì)于工程線路比較長(zhǎng)、需要穿越山林、河流的線路，由于測(cè)量控制網(wǎng)分布比較長(zhǎng)，周圍控制點(diǎn)比較少，如果采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，這對(duì)線路建設(shè)有很大的影響。采用GPS技術(shù)進(jìn)行線路勘測(cè)，能極大的提離長(zhǎng)遠(yuǎn)線路的測(cè)量精度，提高測(cè)量效率，可以說長(zhǎng)距離線路施工離不開GPS測(cè)量技術(shù)。

4、GPS測(cè)量技術(shù)在大壩變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

大壩建設(shè)屬于水利類土木工程，在施工過程中會(huì)遇到很多阻力，如水流檢測(cè)、跨流域等問題，這些問題會(huì)對(duì)大壩的施工質(zhì)量造成很大的影響，加強(qiáng)大壩變形監(jiān)測(cè)能極大的提高大壩建設(shè)質(zhì)量。GPS測(cè)t技術(shù)的監(jiān)測(cè)精度高、抗干擾能力比較強(qiáng)，能極大的提高大壩監(jiān)測(cè)精度。如湖北隔水巖水庫(kù)，其大壩屬于重力拱壩，大壩在建成使用過程中：采用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，由于GPS技術(shù)的數(shù)據(jù)分析處理能力很高，能在第一時(shí)間內(nèi)反饋出大壩超高蓄水變形的信息，有效地減少了災(zāi)害的發(fā)生?？梢姡瑢PS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在大壩變形監(jiān)測(cè)中，能有效地提高大壩運(yùn)行安全，促進(jìn)和諧社會(huì)的構(gòu)建。

結(jié)束語

GPS測(cè)量技術(shù)具有全天候、全球連續(xù)覆蓋、定位精度高、靜態(tài)定位觀測(cè)高效等特點(diǎn)，將GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在土木工程施工領(lǐng)域中，能有效地提高土木工程的施工質(zhì)量和施工效率，因此，在進(jìn)行土木工程施工時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，合理的應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)，確保土木工程施工的順利進(jìn)行。

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