工程測(cè)繪中GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

吳 坤

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州安順561000）

工程測(cè)繪中GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

吳 坤*

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州安順561000）

通過衛(wèi)星對(duì)物體的連續(xù)三維位置測(cè)繪，作為動(dòng)態(tài)目標(biāo)得出所觀測(cè)的時(shí)間、速度等相關(guān)信息，最后整合為GPS系統(tǒng)，通過運(yùn)用此系統(tǒng)得以使工程測(cè)繪領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)革命性變革。因我國(guó)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模在持續(xù)增長(zhǎng)階段，需要具有智能性、準(zhǔn)確性的GPS測(cè)量技術(shù)為我國(guó)的測(cè)繪工程帶來便捷的工作方式。同時(shí)社會(huì)產(chǎn)業(yè)的不斷優(yōu)化帶動(dòng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)工程的進(jìn)展，拓寬我國(guó)市場(chǎng)化與產(chǎn)業(yè)化的新領(lǐng)域。GPS測(cè)量技術(shù)的合理運(yùn)用推進(jìn)數(shù)字化、集約化的測(cè)量手段被普及，也使我國(guó)的工程測(cè)繪得到快速發(fā)展。

工程測(cè)繪；GPS測(cè)量技術(shù)；應(yīng)用分析

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，需要借助電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)為工程測(cè)繪提供更精準(zhǔn)的測(cè)量方式?，F(xiàn)在國(guó)際上普遍采用GPS測(cè)量技術(shù)為工程測(cè)繪帶來更加自動(dòng)化的系統(tǒng)，也精準(zhǔn)了現(xiàn)代化工程的質(zhì)量并縮短了工期。GPS測(cè)量技術(shù)以電子技術(shù)為基礎(chǔ)，加上傳統(tǒng)的測(cè)量方式，為工程測(cè)繪提供更多的可操作依據(jù)。

1 GPS測(cè)量技術(shù)的概況

GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)為工程測(cè)繪帶來許多的變化，使測(cè)繪工作從根本上改變自身的工作性質(zhì)，提高測(cè)繪速率以及擴(kuò)展測(cè)繪項(xiàng)目?；贕PS測(cè)量技術(shù)對(duì)工程測(cè)繪手段的改革，結(jié)合我國(guó)自身的測(cè)繪特點(diǎn)，操作人員根據(jù)GPS網(wǎng)絡(luò)與測(cè)繪手段的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，雖然傳輸單位相距甚遠(yuǎn)，但也可以保障所測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。根據(jù)GPS所控制的網(wǎng)絡(luò)布局，對(duì)于地形測(cè)量，GPS測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用主要分為3種：跟蹤站式、會(huì)站式、圖形擴(kuò)展式（混連式、網(wǎng)連式、邊連式、點(diǎn)連式），表1為三者之間的對(duì)比。

表1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)形式的區(qū)別

2 GPS相對(duì)于其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)的特點(diǎn)

GPS是當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛衛(wèi)星定位系統(tǒng)，將其自身置于惡劣天氣之下仍能保證準(zhǔn)確度高且高效性。針對(duì)現(xiàn)在的定位系統(tǒng)，總結(jié)見表2，其中包括GPS、GLONASS和NAVSAT技術(shù)。

3 GPS系統(tǒng)的精度定位

表2 GPS與NAVSAT和GLONASS主要特征比較

GPS技術(shù)靜態(tài)精度定位可以達(dá)到毫米級(jí)別，而動(dòng)態(tài)定位目前可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別。在工程測(cè)繪使用GPS定位測(cè)量技術(shù)可以很好地利用交互定位原理實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的測(cè)量，其所運(yùn)用的相關(guān)技術(shù)涉及幾何、物理，GPS衛(wèi)星依靠與地面之間的聯(lián)系來完成對(duì)物體的精準(zhǔn)定位。

綜合衛(wèi)星所接收的的信息，反饋至總系統(tǒng)處理中心，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的合理運(yùn)算可以對(duì)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，主要運(yùn)算依據(jù)來源于光速與傳播時(shí)間相乘得出的距離衛(wèi)星的數(shù)值，精準(zhǔn)度的關(guān)鍵在于時(shí)間獲取的準(zhǔn)確性。通過對(duì)所測(cè)量物的三維精確定位，地面裝置負(fù)責(zé)接收4顆以上衛(wèi)星所發(fā)射回的信息，并進(jìn)行求證。然后根據(jù)所設(shè)置的測(cè)量精度不同，所需要參與測(cè)量的衛(wèi)星數(shù)量不定，通過在實(shí)際測(cè)量中得出GPS測(cè)量技術(shù)的精度準(zhǔn)確性區(qū)間。

4 GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

4.1 GPS測(cè)量技術(shù)在城市建設(shè)中的應(yīng)用

隨著對(duì)城市的測(cè)量范圍增大，需要對(duì)城市內(nèi)的測(cè)量物的各點(diǎn)增加測(cè)量精度。針對(duì)我國(guó)城市的不同導(dǎo)線級(jí)別劃分，開展不同的控制點(diǎn)設(shè)置，為加快測(cè)量技術(shù)的準(zhǔn)確性和效率，需要在城市配套設(shè)施建設(shè)中添加GPS這種測(cè)量難度較低、耗時(shí)較短的城市控制測(cè)量設(shè)備。而且在實(shí)行GPS測(cè)量之前，需要對(duì)地形圖中所存在的細(xì)微部分也進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)繪，這對(duì)于以后進(jìn)行勘探工作提供便利的參考數(shù)據(jù)，而且野外的環(huán)境較為陌生和惡劣，通過添加城市測(cè)量技術(shù)的相關(guān)設(shè)備，輔助測(cè)繪城市的穩(wěn)定進(jìn)行。例如，針對(duì)較為復(fù)雜的城市測(cè)繪，可以采用以下方法。對(duì)于所測(cè)選區(qū)需要建立四等分GPS網(wǎng)絡(luò)，保證點(diǎn)之間距離不超過5km，對(duì)靜態(tài)測(cè)量的觀測(cè)知點(diǎn)以及加密控制點(diǎn)調(diào)整坐標(biāo)參數(shù)，利用trimble5700型GPS接收外業(yè)數(shù)據(jù)信息，制定初測(cè)計(jì)劃表，然后選擇適用的外部環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)。為完成高程控制要采用三、四等水準(zhǔn)的測(cè)量與三角測(cè)量方式，對(duì)其他控制點(diǎn)要采用GPS擬合求得，此方法所得水準(zhǔn)高程結(jié)果相差不超過70cm。

4.2 監(jiān)測(cè)工程中的GPS應(yīng)用

在工程建設(shè)之中，因人為或是環(huán)境影響而造成地面或是建筑物的變形，若是以傳統(tǒng)方法很難對(duì)此進(jìn)行測(cè)量，而現(xiàn)在借助GPS測(cè)量技術(shù)的精準(zhǔn)三維定位，強(qiáng)化了所監(jiān)測(cè)工程細(xì)節(jié)。因大壩、資源開采地面的沉陷、建筑物沉陷等產(chǎn)生的變形情況所造成意外狀況，通過GPS檢測(cè)技術(shù)，快速對(duì)大壩變形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并實(shí)時(shí)對(duì)照建筑物的參數(shù)信息，可以預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)，并保證精確至1.0～0.1PPm。將GPS測(cè)量技術(shù)與監(jiān)測(cè)工程相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，更好的保障國(guó)家人民安全。隨著GPS技術(shù)的不斷深化，對(duì)于靜態(tài)系統(tǒng)的定位精度也在逐漸提高。因靜態(tài)相對(duì)精度由毫米級(jí)提升至亞毫米級(jí)，基線精度可以從10-7提高至10-6，不僅如此，動(dòng)態(tài)相對(duì)精度的測(cè)繪突破至厘米級(jí)，因此可以滿足任何工程測(cè)量。GPS的優(yōu)點(diǎn)在于可以自動(dòng)化操作且無需通視便可實(shí)現(xiàn)三維地心坐標(biāo)顯示。通過GPS測(cè)量技術(shù)的使用可以對(duì)氣象信息進(jìn)行采集，使儀器的開關(guān)設(shè)置變得更便捷，同時(shí)也便于儀器高度的測(cè)量。

4.3 水下地形測(cè)繪中的GPS應(yīng)用

傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于水下地形測(cè)繪時(shí)，主要應(yīng)用探測(cè)儀所發(fā)射出的超聲波對(duì)水深進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)也可以多次運(yùn)用潮位儀測(cè)量，然后經(jīng)過所得數(shù)值的運(yùn)算最后得出水下地形的高度。但是面對(duì)現(xiàn)在對(duì)海港建設(shè)的要求，對(duì)于海岸以及碼頭的施工需要水下地形圖的精準(zhǔn)繪制，所以只是利用三應(yīng)答器、經(jīng)緯儀和境外測(cè)距儀遠(yuǎn)不能達(dá)到利用標(biāo)準(zhǔn)。而GPS差分技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)與潮位儀、終端設(shè)備的聯(lián)合利用，使水下測(cè)繪工作可以整合成一個(gè)完善系統(tǒng)，更精準(zhǔn)地對(duì)水下環(huán)境進(jìn)行測(cè)量。

4.4 虛擬現(xiàn)實(shí)中的GPS應(yīng)用

對(duì)于以往的工程測(cè)繪需要人工測(cè)繪實(shí)現(xiàn)對(duì)各類事故的預(yù)防，而且由于設(shè)備的精準(zhǔn)度不夠，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)判能力較弱?，F(xiàn)在通過GPS測(cè)量技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)工程測(cè)繪之間的交互定位，并以逼真的形象對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。因此監(jiān)控人員可以將此技術(shù)融入礦井工程的項(xiàng)目測(cè)繪之中，通過實(shí)時(shí)掌握流程，將所得到的測(cè)量信息進(jìn)行演練，并針對(duì)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化與修復(fù)，也便于及時(shí)查找并解決問題。通過在虛擬現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用GPS技術(shù)可以更好地實(shí)現(xiàn)測(cè)繪技術(shù)的突破，并將其成為測(cè)繪技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)于測(cè)繪工程的發(fā)展要建立在GPS測(cè)量技術(shù)的普及與推廣上。以GPS為基礎(chǔ)建立的網(wǎng)絡(luò)，可以更好地創(chuàng)建出新的城市面貌以及工程控制網(wǎng)絡(luò)。例如，針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)中的GPS應(yīng)用主要根據(jù)像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)方式所得，像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)方式所采用6臺(tái)trimble5700型GPS接收機(jī)同步進(jìn)行使用，使接收機(jī)動(dòng)態(tài)精度平面保持在10mm+1PPm之內(nèi)，高程可以提高為20mm+2PPm。這種方式的運(yùn)用，使基準(zhǔn)站具有高精確性。在已知水準(zhǔn)高程上，保持2個(gè)基準(zhǔn)站之間的移動(dòng)，保持在控制范圍之內(nèi)，用基準(zhǔn)站作為GPS接收機(jī)的先決條件，協(xié)調(diào)電池、電臺(tái)的工作，使啟動(dòng)基準(zhǔn)站融入工作狀態(tài)中，對(duì)移動(dòng)站進(jìn)行測(cè)量，得出該控點(diǎn)的最后坐標(biāo)值。

5 結(jié)語

GPS測(cè)量技術(shù)帶動(dòng)測(cè)繪精度的提高，使得對(duì)地面沉降、大壩變形、高層建筑物的監(jiān)測(cè)工作變得具有系統(tǒng)化和自動(dòng)化，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)于工程測(cè)繪中的應(yīng)用可以提高本國(guó)的工程建設(shè)發(fā)展速度，將GPS測(cè)量技術(shù)融入極具精準(zhǔn)度的工程測(cè)繪之中，可以為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更廣闊的空間。工程測(cè)繪的發(fā)展在GPS測(cè)量技術(shù)的良好保障下，不僅能提高計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展速度，也能增快信息全球化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐。

[1]田麗.GPS測(cè)量技術(shù)及其在林業(yè)上的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2011(03).

[2] 龔逸.論現(xiàn)代建筑工程測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2010 (30).

[4] 葉飛.淺談工程測(cè)量與三維測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展[J].沿海企業(yè)與科技,2010(02).

[5] 張延忠.測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2011(16).

[6]侯瑞國(guó).工程測(cè)量中動(dòng)態(tài)應(yīng)用GPS技術(shù)的思路研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009(34).

TU198

B

1004-5716(2015)04-0150-03

2014-04-13

2014-04-14

吳坤（1977-），男（苗族），貴州遵義人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)工作。