淺談工程測量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

焦體超　雷芳芳

摘要：文章概述了GPS定位系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理，介紹了工程建設(shè)施工控制網(wǎng)的建立、施工放樣、竣工驗收以及水利工程水下地形測量過程中GPS技術(shù)的應(yīng)用，探討了各階段GPS技術(shù)應(yīng)用的注意事項及其優(yōu)點，希望以此給予相關(guān)人員以有意義的借鑒。

關(guān)鍵詞：工程測量；GPS技術(shù)；GPS定位系統(tǒng)；測量精度；施工控制網(wǎng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU198 文章編號：1009-2374（2015）17-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.025

1 GPS定位系統(tǒng)及其工作原理簡述

GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控站和GPS用戶設(shè)備三部分組成?？臻g衛(wèi)星由21顆在軌運作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成；地面監(jiān)控站由分布于全球的1個主控站、5個監(jiān)測站和3個注入站組成；GPS用戶設(shè)備則由GPS接收機、終端設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件等組成。GPS接收機接受衛(wèi)星的傳輸信號，并對信號進行交換、放大和處理，解算出接收機中心的三維坐標(biāo)。

2 GPS技術(shù)在建立施工控制網(wǎng)階段的應(yīng)用

2.1 選點和埋石

施工控制網(wǎng)的選點和埋石，首先要了解施工區(qū)域的地質(zhì)情況，點位的布設(shè)要盡可能選在地勢穩(wěn)固的區(qū)域。同時，要對建筑物的相對精度關(guān)系以及重要程度進行分析，重要建筑物或建筑物密集區(qū)域要多布設(shè)控制點，避免出現(xiàn)小于30°和大于120°的角度，確保施工控制網(wǎng)的圖形強度。采用GPS技術(shù)設(shè)立施工控制網(wǎng)時，要避免在鐵塔、高壓天線等位置選點，并要保證周圍天空

開闊。

高層建筑的施工放樣，要根據(jù)其高度合理選擇控制網(wǎng)點?？刂泣c過遠(yuǎn)，簡化了放樣操作難度，卻影響了放樣精度；控制點過近，增加了放樣的仰角，不僅放樣操作困難，而且還影響到放樣的精度。所以，在選取控制網(wǎng)點時，要充分考慮工程的整體條件，包括工程的地質(zhì)環(huán)境、施工的整體布局和流程、控制網(wǎng)的測量方法、施工對控制點的破壞等因素影響。

2.2 選取坐標(biāo)系

施工控制網(wǎng)的坐標(biāo)系要與施工設(shè)計選取的坐標(biāo)系相同，同時，為了降低局部施工控制網(wǎng)的變形率，局部施工控制網(wǎng)還要建立獨立的坐標(biāo)系。獨立坐標(biāo)系施工控制網(wǎng)要以穩(wěn)固的控制點為坐標(biāo)原點，該點的連線方位角為起算方位角，原坐標(biāo)值為起算坐標(biāo)，其頂面的平均高程為坐標(biāo)的基準(zhǔn)面，以此點為基礎(chǔ)所觀測的邊長都要投影至該面上。

2.3 選取投影面

在施工控制網(wǎng)投影面確定前，要首先確定工程設(shè)計的投影面。一般在平面圖上進行工程設(shè)計時，不會對地球的曲率因素加以考慮，這對普通項目工程不會產(chǎn)生較大影響，但是對于大范圍、長距離的工程項目的影響就非常大。所以，在平差此類工程的施工控制網(wǎng)前，設(shè)計部門要首先確定設(shè)計長度的高程面。

2.4 施工控制網(wǎng)維護

建立施工控制網(wǎng)前，要在控制點的周圍設(shè)置鋼管圍欄和警示標(biāo)志，并定期對施工控制網(wǎng)進行復(fù)測，確保施工測量的精度。施工控制網(wǎng)的復(fù)測要結(jié)合實際情況相應(yīng)修改原有控制網(wǎng)的網(wǎng)形，并適當(dāng)增減控制點，同時要對控制點的穩(wěn)定性進行分析和檢查，以穩(wěn)固的控制點為已知點進行計算，從而確保原有坐標(biāo)系未發(fā)生改變。

3 GPS技術(shù)在施工放樣階段的應(yīng)用

3.1 GPS-RTK測量技術(shù)的特點

相對于傳統(tǒng)的工程測量方法和GPS的常規(guī)測量而言，GPS-RTK載波相位動態(tài)實時差分技術(shù)的定位精度更高。RTK測量的標(biāo)稱精度高程可達(dá)2cm+1ppm，平面可達(dá)1cm+1ppm；在測量效率方面，RTK測量三維坐標(biāo)的速度更快，2秒內(nèi)便可提供測設(shè)點的三維坐標(biāo)；RTK測量技術(shù)的自動化程度較高，測量半徑可達(dá)15km，測量人員只需將基準(zhǔn)站架設(shè)好，再進行流動站工作，其余作業(yè)將自動完成，極大地提高了測量效率；各個測點之間為獨立觀測且不需要通視，無需野外作業(yè)，也不會出現(xiàn)累計誤差的現(xiàn)象，測量結(jié)果數(shù)字化，結(jié)果精確。

GPS-RTK測量技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用，不僅解決了傳統(tǒng)工程測量工作的困難，還有效地提高了測量工作的效率，從而為工程的質(zhì)量提供了保障。

3.2 GPS-RTK測量技術(shù)的施工放樣程序

采用GPS-RTK測量技術(shù)進行施工放樣時，為了獲取精確且完整的測量數(shù)據(jù)，要結(jié)合天氣情況選擇最佳的觀測時間段。對于空間衛(wèi)星的分布狀況，可根據(jù)Planning軟件提供的多項預(yù)測指標(biāo)，合理的安排測量任務(wù)。

施工放樣的具體步驟為：設(shè)置基準(zhǔn)站→設(shè)置流動站→RTK放樣→內(nèi)業(yè)處理。在野外進行測量作業(yè)時，可以將基準(zhǔn)站設(shè)置在預(yù)選的控制點處，也可以將控制點設(shè)置于未知點后再進行校正。校正的參數(shù)包括電臺通道、儀器高、坐標(biāo)系等；流動站的設(shè)置主要包括兩種方法，其一是輸入七參數(shù)或四參數(shù)后再進行轉(zhuǎn)換，其二是在已知的控制點進行觀測，再對測得的參數(shù)進行求解并校正。這兩種設(shè)置方法都是在基準(zhǔn)站沒有發(fā)生位置變化，利用單點和先前測量數(shù)據(jù)校正再進行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，無需再重新到控制點進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；在進行RTK放樣前，要確定所選頻率與基準(zhǔn)站的電臺頻率相匹配，并檢查電臺接收指示燈，確定接受的衛(wèi)星數(shù)量大于4顆。

4 GPS技術(shù)在竣工階段的應(yīng)用

在建筑工程竣工階段，傳統(tǒng)的測量方法是在控制網(wǎng)點布設(shè)完成后，通過測距儀或經(jīng)緯儀等設(shè)備測量，其要求各測量點間必須通視。其在外業(yè)測量過程中，操作難度大，測量精度不精確，且無法獲得實時測量結(jié)果。建筑工程在竣工測量階段，通常對時間的要求都比較緊迫，且測繪內(nèi)容要比普通的測圖更加詳細(xì)，所以此階段采用GPS測量技術(shù)不僅滿足了時間上的要求，也解決了實時掌握定位測量結(jié)果的難度。

5 GPS技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

水下地形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對水利工程的施工有著十分重要的影響，傳統(tǒng)的水下測量方法是采用全站儀、三桿分度儀、六分儀與測深儀配合測量。但是，由于水下的地形比較復(fù)雜，肉眼又無法看清，施測作業(yè)難度大等條件所限，導(dǎo)致其測量的范圍有限、精度較低，給工程的施工帶來困難，影響施工效率。

GPS-RTK測量技術(shù)可以在氣候條件差、傳統(tǒng)測量方法無法施測的情況下，對大面積的水下地形進行測量，并確定準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。在最近幾年新建的水利工程中，GPS-RTK測量技術(shù)都得到了完美的應(yīng)用，其施測所取得的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過內(nèi)業(yè)處理后，輸出的數(shù)字化的水下地形圖為水利工程的施工帶來了很大的便利，不僅在測量精度上有了提高，而且在人力、物力和財力消耗方面也有了很大的變化。

6 結(jié)語

隨著科技以及建筑事業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的工程測量技術(shù)在測量精度、操作難度等方面已無法徹底滿足現(xiàn)代工程建設(shè)的需求。而GPS定位系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用則在本質(zhì)上改變了這一狀態(tài)，也將工程建設(shè)的測繪精度提升了一個新的層次。為此，本文對工程測量中GPS技術(shù)的應(yīng)用進行論述，希望能引起從業(yè)人員以足夠的重視，積極推進這一先進技術(shù)在工程建設(shè)過程中的應(yīng)用，為我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王軍.城市GPS地面變形監(jiān)測網(wǎng)的精度研究[J].測繪通報，2004，（7）.

[2] 徐紹銓，等.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

作者簡介：焦體超（1984-），男，遼寧沈陽人，中冶沈勘工程技術(shù)有限公司工程師，研究方向：工程測量技術(shù)；雷芳芳（1989-），女，遼寧沈陽人，遼寧華元工程造價咨詢公司助理工程師，研究方向：工程測量技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 倩）