城市工程測量中GPS 技術(shù)的應(yīng)用研究

劉 占

(北京京昌工程測繪技術(shù)有限公司，北京 100000)

工程測量是城市工程建設(shè)不可或缺的部分，若沒有測量為工程提供數(shù)據(jù)和圖紙，那工程建設(shè)只是妄談，而在工程竣工后，通過開展工程測量可判斷工程是否存在安全隱患。隨著城市工程建設(shè)的不斷發(fā)展，對測量精度提出了更高要求，在操作上要求盡量簡單，觀測時間盡量較短，最好能實時監(jiān)測、全天候監(jiān)控。傳統(tǒng)測量手段由于其技術(shù)限制，在城市工程測量中的應(yīng)用范圍有限。GPS 技術(shù)的出現(xiàn)能有效解決上述問題，基于該技術(shù)，不僅能實現(xiàn)動態(tài)的實時定位，野外測繪效率也很高，而且相關(guān)實踐表明，相較于常規(guī)測量技術(shù)，GPS 技術(shù)在縮短工期、降低成本、增強設(shè)計靈活性方面具有不少優(yōu)越性，這些都促使GPS 在城市工程測量中得到廣泛應(yīng)用。

一、GPS 技術(shù)優(yōu)點

GPS 測量技術(shù)具有傳統(tǒng)測量技術(shù)不可替代的優(yōu)越性:①用途廣泛，當(dāng)前已廣泛用于大地測量、地殼板塊運動測量、工程放樣、工程監(jiān)測網(wǎng)建立和各種工程測量中。②能進(jìn)行全天候觀測，不受天氣影響，可保證變形監(jiān)測的連續(xù)性。③自動化程度高，開展測量時應(yīng)用GPS 接收機，只需準(zhǔn)確安置天線，接通電源，啟動接收電源，即可進(jìn)行自動測量，完成野外數(shù)據(jù)采集;若要進(jìn)行連續(xù)測量，還能在無人值守狀態(tài)下采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)自動化測量和計算。④定位精度高，短距離精度可達(dá)毫米集，差分導(dǎo)航的精度可達(dá)厘米級;對于大型建筑物、構(gòu)筑物的變形監(jiān)測，采用特殊的觀測手段、精密星歷和適當(dāng)數(shù)據(jù)處理軟件和模型后，平面精度和高程精度可達(dá)毫米級。

二、GPS 技術(shù)在城市工程測量中的應(yīng)用

GPS 技術(shù)在城市工程測量中應(yīng)用最廣的是RTK 技術(shù)，即實時動態(tài)測量技術(shù)，它是一種新的常用的GPS 測量方法，能夠在野外實時得到厘米級定位精度。

1.GPS RTK 技術(shù)在城市工程測量中的應(yīng)用

在城市建設(shè)中，控制網(wǎng)面積大，要求的精度高，且隨著工程進(jìn)度的不斷變化，測量數(shù)據(jù)也是不斷改變著的，需要高頻率的測量，應(yīng)用GPS RTK 技術(shù)進(jìn)行控制測量，可以在測區(qū)一定范圍內(nèi)架設(shè)一定數(shù)量的基準(zhǔn)站，利用流動站直接觀測控制網(wǎng)中控制點的三維坐標(biāo)，不要求控制點之間必須通視，不能設(shè)觀測站點的控制點，可應(yīng)用傳統(tǒng)測量方法，通過采用GPS RTK 技術(shù)可以實時知道測量數(shù)據(jù)和精度，當(dāng)精度達(dá)到后可停止測量，不需要計算數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)達(dá)不到要求之后返工，還可以實時判定解算結(jié)果是否成功，減少了冗余觀測，有利于節(jié)省人力和物力，提高工作效率。

利用GPS RTK 技術(shù)可對城市建筑物進(jìn)行變形監(jiān)測以及建筑物地基沉降、位移、傾斜狀況的監(jiān)測，比如由于變形監(jiān)測精度要求高，可分為幾個小的觀測時段進(jìn)行，采用強制對中的措施，在＜4km 長度范圍的基線向量中，其測量結(jié)果一般能滿足變形監(jiān)測精度需要。

另外，應(yīng)用GPS RTK 技術(shù)還可應(yīng)用于城市地形圖測繪中，主要是進(jìn)行碎步測量作業(yè)，不需要布設(shè)控制點，僅需要一個測量人員在碎步測量位置將地形特征編碼輸入觀測手薄和接收機，通過儀器自帶的地形圖成圖軟件在短時間內(nèi)就可得到城市地形圖，操作簡單，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

2.城市工程測量作業(yè)流程

采用GPS RTK 技術(shù)進(jìn)行城市工程測量必須按照一定的技術(shù)流程，以保證測量精度和測量作業(yè)的效率。首先，外業(yè)測量前，收集測區(qū)已有的控制測量資料，必要時進(jìn)行野外踏勘，根據(jù)相應(yīng)的測量等級要求收集控制點的坐標(biāo)，并進(jìn)行一定的復(fù)合檢驗。其次，設(shè)置基準(zhǔn)站，選擇在開闊地區(qū)，選擇精度比較高的基準(zhǔn)站坐標(biāo)、有效的作業(yè)模式，合理的天線類型等。第三，采用電臺模式設(shè)置流動站，實際測量前，先對流動站進(jìn)行初始化設(shè)置。第四，求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)，城市工程測量是在地方獨立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，必須進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，可先在測區(qū)以GPS靜態(tài)方式布設(shè)均勻分布的高等級GPS 控制點，獲得個點WGS-84 坐標(biāo)和地方獨立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，然后利用同一點的兩種坐標(biāo)求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.GPS RTK 技術(shù)應(yīng)用實例

某市工業(yè)園區(qū)為該市規(guī)劃建設(shè)新區(qū)之一，是未來幾年中該市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點。測區(qū)地勢相對來說比較平緩，周圍高大建筑物較少，視野較為清晰。為確保轉(zhuǎn)換參數(shù)精度，共加進(jìn)5 個高等級GPS 控制點，通過匹配，選擇殘差較少、精度較高的一組參數(shù)作為最終啟用參數(shù)?？刂茰y量、放樣測量均采用GPS RTK，在不同時間段內(nèi)，對同一觀測點進(jìn)行重復(fù)測量，坐標(biāo)較差比較見表1。另對相鄰觀測點間全站儀實測距離和RTK實測距離進(jìn)行抽樣檢查，點號T111 與T112、T112 與T113、T115 與T116、T123 與T124 全站儀實測距離和RTK 實測距離較差分別為0.005m、0.015m、0.007m、0.003m。以上數(shù)據(jù)表明采用GPS RTK 觀測精度較高。結(jié)合實際應(yīng)用，GPS RTK 既能滿足測量精度要求，實時提供點位坐標(biāo)和高程，又能提高測量工作效率，能完全滿足城市建設(shè)需要。

表1 對同一觀測點進(jìn)行重復(fù)測量的坐標(biāo)較差比較(m)

三、結(jié)語

總之，隨著城市工程建設(shè)的不斷發(fā)展，對工程測量工作的各個方面都提出了新的要求，如何保證測量精度、提高工作效率、發(fā)揮工程測量在縮短工期和降低施工成本方面的作用已成為我們面臨的重要課題。GPS 技術(shù)尤其是GPS RTK 技術(shù)的出現(xiàn)為城市工程測量提供了新的方法，應(yīng)用于城市工程測量中，GPS RTK 技術(shù)能快速準(zhǔn)確布置到網(wǎng)線，實施提供厘米級定位精度，并在不同時條件下遠(yuǎn)距離傳輸三維坐標(biāo)，所需測量人員少，工作效率高，作業(yè)方式靈活，相信隨著實踐的越來越多以及RTK 技術(shù)的不斷完善，GPS 測量技術(shù)將會更好地位城市工程測量創(chuàng)造價值。

［1］黃聲享，郭英起，易慶林.GPS 在測量工程中的應(yīng)用［M］.北京:中國測繪出版社.2013.

［2］李向東，馬新生.計算機工程制圖與測繪［M］.北京:中圓電力出版社.2010.