GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用及精度分析

趙旭升

摘要：近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，原有的傳統(tǒng)工程測(cè)量方式已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，在現(xiàn)代化高新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展中，在實(shí)際工程測(cè)量中應(yīng)用到了各種科技手段，特別是GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的廣泛應(yīng)用。文章針對(duì)工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用以及如何控制其精度進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：工程測(cè)量；GPS技術(shù)；測(cè)量精度；公路測(cè)量；礦山測(cè)量；水利工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P228 文章編號(hào)：1009-2374（2015）36-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.020

GPS是全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是一種新型的定位系統(tǒng)，借助于衛(wèi)星來實(shí)行定位，GPS技術(shù)擁有很多獨(dú)特的特點(diǎn)，比如自動(dòng)化程度高、全天候?qū)Ш胶投ㄎ坏龋荊PS的優(yōu)越性能，使得它具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，現(xiàn)今已經(jīng)應(yīng)用到了工程測(cè)量領(lǐng)域，通過GPS技術(shù)的應(yīng)用，工程測(cè)量的結(jié)果準(zhǔn)確性得到了有效的提高，因此，在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，人們?cè)絹碓揭蕾囉贕PS技術(shù)。

1 GPS技術(shù)的組成

GPS技術(shù)是基于全球定位系統(tǒng)，通過空間衛(wèi)星群和地面的包括主控站、地面接收天線和監(jiān)測(cè)等監(jiān)控系統(tǒng)共同完成的，人們通過對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航地質(zhì)信息進(jìn)行相應(yīng)的定位處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一地區(qū)地理位置和有關(guān)情況進(jìn)行了解，空間衛(wèi)星群能為保障GPS系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)暢通，在工程測(cè)量中能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地地接收到空間衛(wèi)星信號(hào)，在高精準(zhǔn)度定位中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的工程地質(zhì)測(cè)量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)的組成和應(yīng)用也越來越成熟。

2 工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在公路測(cè)量中的應(yīng)用

近年來，我國的公路建設(shè)得到了快速的發(fā)展，隨著人們對(duì)公路使用要求的提高，勘測(cè)設(shè)計(jì)也面臨了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，公路設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了CAD化，而且在一些功能強(qiáng)大的軟件的支持下，可以實(shí)現(xiàn)地面數(shù)字化測(cè)繪，在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)的過程中，逐步實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化，這在很大程度上促進(jìn)了公路設(shè)計(jì)的發(fā)展，然而，在社會(huì)不斷變化發(fā)展的今天，卻也成為了公路設(shè)計(jì)向更好方向發(fā)展的阻礙。在公路設(shè)計(jì)常規(guī)的測(cè)量方法中，測(cè)量的工作量非常大，而且測(cè)量的效率也不高，使得設(shè)計(jì)周期延長了許多。但是在應(yīng)用了GPS技術(shù)之后，通過靜態(tài)或快速靜態(tài)方法，在公路的沿線建立起總體控制測(cè)量，為勘測(cè)階段打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在公路建設(shè)施工階段，利用GPS技術(shù)建立起施工控網(wǎng)，從而有效地提高橋梁、隧道的施工質(zhì)量。在進(jìn)行公路建設(shè)時(shí)，應(yīng)用GPS技術(shù)可以有效地提高建設(shè)的效率，同時(shí)，工程測(cè)量的經(jīng)濟(jì)效益也得到了保證。

2.2 在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國可利用的土地資源相對(duì)來說較為短缺，尤其是一些靠近海域的城市在其發(fā)展的歷程中想要拓展城市的規(guī)模，就需要對(duì)城市進(jìn)行大范圍的圍墾建設(shè)。圍墾建設(shè)不靠近海岸，但是會(huì)有在水上進(jìn)行施工的作業(yè)或者在受到潮汐影響的地點(diǎn)施工，這就導(dǎo)致以往的測(cè)量技術(shù)沒有辦法進(jìn)行，這時(shí)候，GPS就發(fā)揮了它的作用。在對(duì)礦區(qū)控制點(diǎn)進(jìn)行加密的過程中，地形測(cè)量以及鉆孔剖面點(diǎn)、取樣鉆孔、探井、探槽、地質(zhì)點(diǎn)、坑口、近井點(diǎn)、坑口位置點(diǎn)的坐標(biāo)放樣與求測(cè)，工程施工的調(diào)配等，GPS-RTK在這些方面都有著非常關(guān)鍵的意義。

2.3 在水利工程中的應(yīng)用

水利項(xiàng)目建設(shè)中準(zhǔn)確確認(rèn)水下地形的數(shù)據(jù)是非常關(guān)鍵的，一般來說，純銅的測(cè)量措施都是使用全站儀、三桿分度儀、六分儀與測(cè)深儀配合測(cè)量。但是，由于水下的地形比較復(fù)雜，肉眼又無法看清，施測(cè)作業(yè)難度大等條件所限，致使測(cè)量的范圍有局限性而且結(jié)果不精確，這樣就會(huì)給整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)帶來不必要的難題，從而使工作效率降低。即使在天氣條件差和傳統(tǒng)的手法無法施展的狀況下，也可以使用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，進(jìn)行測(cè)量大面積的水下地形的標(biāo)準(zhǔn)，需要首先得到最精準(zhǔn)的測(cè)量情況，最主要的就是得到地形的數(shù)據(jù)。通過利用這個(gè)技術(shù)得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，通過處理之后，內(nèi)業(yè)會(huì)得到數(shù)據(jù)，并且將作為水利工程施工的依據(jù)，這些可以得出的數(shù)字化的地下地形的準(zhǔn)確形狀圖像可以為水利工程帶來非常方便的作用，不僅將測(cè)量中的精確程度提升上去，并且對(duì)節(jié)省人力、物力、財(cái)力方面有幫助。

2.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用

不是所有的工程測(cè)量都需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)測(cè)量，在施工環(huán)境繁雜的情況下，發(fā)生安全事故是不能避免的，但是通過GPS系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就可以針對(duì)不同的測(cè)量環(huán)境做到很好的規(guī)避工作。運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬現(xiàn)場(chǎng)工程測(cè)量環(huán)境，將相關(guān)數(shù)據(jù)用清晰和仿真的三維立體圖像進(jìn)行及時(shí)反映，并有效合理地制定出工程測(cè)量措施和流程，將工程測(cè)量工作的難度降低指的就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。另外，GPS系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以制定安全、可靠的測(cè)量方案，對(duì)保障測(cè)量數(shù)據(jù)、結(jié)果的準(zhǔn)確性，并在此基礎(chǔ)上提升工作效率。

2.5 鐵路施工中動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量

在對(duì)鐵路工程進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，動(dòng)態(tài)測(cè)量也是常用的測(cè)量方式，有時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量優(yōu)勢(shì)不在于對(duì)精度準(zhǔn)確性的控制，而在于測(cè)量的效率比靜態(tài)測(cè)量的效率高，僅僅需要2～4秒，并且測(cè)量的精確度能夠達(dá)到1～3cm，而且整個(gè)測(cè)量的過程中，均不采用通視的情況，相對(duì)于全站儀來說，動(dòng)態(tài)測(cè)量存在較大的優(yōu)越性。工程測(cè)量的過程中，采用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量的方式，能夠有效地完成地形圖和中樁方面的測(cè)量，保障橫斷面測(cè)量的質(zhì)量。針對(duì)動(dòng)基站通過手機(jī)就可以按照預(yù)定的采樣間隔時(shí)間對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行觀察與采樣，并且可以與基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，這樣就可以保障對(duì)位置坐標(biāo)進(jìn)行及時(shí)的采點(diǎn)。

2.6 變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在面對(duì)項(xiàng)目建設(shè)施工中引發(fā)的構(gòu)筑物以及周圍環(huán)境變化的情況，尤其是在對(duì)構(gòu)筑物地基下沉和位移進(jìn)行了解的時(shí)候，為了保證項(xiàng)目的安全性以及穩(wěn)定性，就要采用變形檢測(cè)技術(shù)。一般來說，巨大的建筑物都是使用變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，而且對(duì)于測(cè)量的結(jié)果要求很大的精確度，在檢測(cè)過程中還會(huì)出現(xiàn)各種不同的測(cè)量環(huán)境，使測(cè)量難度加大。然而，使用GPS-RTK技術(shù)就可以科學(xué)有效地實(shí)行變形監(jiān)測(cè)，還可以加大測(cè)量的效率，保證測(cè)量結(jié)果的精確度和科學(xué)性。此外，GPS-RTK技術(shù)通常是在形變的地區(qū)設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，并以幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)來測(cè)量，然后使用GPS來接收基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化技術(shù)，運(yùn)用科學(xué)的傳輸技術(shù)來發(fā)送信息到處理中心，然后再分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，這樣可以隨時(shí)控制變形的endprint

情況。

3 工程測(cè)量中GPS技術(shù)精度分析

3.1 衛(wèi)星對(duì)GPS測(cè)繪的影響

同樣的，GPS土地測(cè)繪會(huì)受到衛(wèi)星的影響。在GPS定位系統(tǒng)中配置有一種原子鐘，會(huì)與現(xiàn)實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生一定的誤差，就會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)星鐘差的作用，影響到測(cè)繪的精確度。另外，由于地面測(cè)量相位中心與GPS衛(wèi)星發(fā)射天線的相位有一定的偏差，GPS測(cè)繪的準(zhǔn)確性還會(huì)受到發(fā)射天線相位中心偏向的影響。此外，GPS測(cè)繪還會(huì)受到星歷誤差的影響，使用者對(duì)某一時(shí)間的衛(wèi)星運(yùn)行軌道進(jìn)行參數(shù)提供就是星歷。反映到現(xiàn)實(shí)中測(cè)繪地點(diǎn)的衛(wèi)星星歷信息有偏差的，會(huì)導(dǎo)致GPS測(cè)繪數(shù)據(jù)也存在偏差，進(jìn)而影響到測(cè)繪的精準(zhǔn)性。

3.2 信號(hào)傳播途徑方面的因素

衛(wèi)星信號(hào)的傳播依附于電磁波的傳送，而電磁波在進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)傳播的過程中會(huì)產(chǎn)生電磁波效應(yīng)，電磁波效應(yīng)會(huì)被電離層折射，影響電磁波的頻率和電子的總含量，導(dǎo)致電磁波傳送到地面的衛(wèi)星信號(hào)與原來的衛(wèi)星信號(hào)存在誤差。在進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)的傳播過程中，要經(jīng)過對(duì)流層，而對(duì)流層中的折射會(huì)對(duì)信號(hào)的傳播速度產(chǎn)生很直接的影響，除此之外，信號(hào)傳播經(jīng)過對(duì)流層時(shí)，信號(hào)傳播本身也會(huì)有傳播的溫度、濕度與氣壓的不同，在不同的溫度、濕度與氣壓條件下，衛(wèi)星信號(hào)傳播的速度會(huì)隨之產(chǎn)生不一樣的變化，從而影響GPS的定位速度。整個(gè)大氣層的傳播條件以及地面的接受環(huán)境都是在不斷變化的，地面接收機(jī)在對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接受的時(shí)候，也會(huì)因?yàn)橹車h(huán)境的變化而產(chǎn)生一定的誤差，降低土地測(cè)繪的精確度。

3.3 信號(hào)接收機(jī)的影響

信號(hào)接收機(jī)對(duì)GPS測(cè)繪的影響主要有以下三方面：第一，GPS定位過程中采用的相對(duì)觀測(cè)值，在實(shí)際的測(cè)量過程中，1～5周的內(nèi)容容易被忽略，進(jìn)而影響測(cè)量坐標(biāo)的精確度；第二，接收機(jī)天線的相對(duì)中心與測(cè)站標(biāo)識(shí)的中心位置也可能存在一定程度的偏差，對(duì)土地測(cè)繪的精確度產(chǎn)生影響；第三，接收機(jī)設(shè)備及軟件有時(shí)候出現(xiàn)故障問題同樣會(huì)影響到GPS土地測(cè)繪的精確度。

4 GPS的發(fā)展前景

在GPS技術(shù)中，匯集了許多當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)，比如空間技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)等，在利用GPS技術(shù)進(jìn)行定位時(shí)，定位的精度非常高，而且還可以實(shí)現(xiàn)全天候定位?；仡橤PS技術(shù)的歷史可以發(fā)現(xiàn)，國外的GPS技術(shù)出現(xiàn)得很早，早在1994年就已經(jīng)完成了GPS的建設(shè)工作，同時(shí)，還利用GPS導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)試和測(cè)距工作。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，其功能變得越來越完善，而且應(yīng)用的范圍也越來越廣泛。據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)，在工程測(cè)量等測(cè)繪領(lǐng)域中，已經(jīng)充分地應(yīng)用了GPS技術(shù)，此外，在很多其他的領(lǐng)域中，比如軍事、交通、資源、管理等領(lǐng)域，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也已比較成熟。對(duì)于工程測(cè)量工作來說，在應(yīng)用了GPS這種非常先進(jìn)的技術(shù)之后，測(cè)量的手段和方法都發(fā)生了相應(yīng)的變化，從而使測(cè)量工作的效率及質(zhì)量都得到了有效的提高。不過，GPS技術(shù)的應(yīng)用對(duì)工程測(cè)量工作也提出了新的要求，尤其是測(cè)量工具方面，傳統(tǒng)的測(cè)量工具無法適應(yīng)GPS技術(shù)的要求，需要進(jìn)行優(yōu)化及改變。通過這種情況也可以得知，隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)展前景將會(huì)變得更加廣闊。

5 結(jié)語

隨著工程項(xiàng)目的增多，工程測(cè)量工作變得越來越重要，傳統(tǒng)的工程測(cè)量方法不但使測(cè)量工作的效率降低，同時(shí)具有較大的工作量，而且工序比較復(fù)雜，不過在應(yīng)用了GPS技術(shù)之后，工程測(cè)量工作的效率得到了有效的提高，而且還有效地提升了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。基于GPS技術(shù)的優(yōu)越性能，GPS將會(huì)具有更為廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 吉星升，董軍，盧秀山.GPS技術(shù)在工程測(cè)量中應(yīng)用現(xiàn)狀及其局限性[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，（4）.

[2] 董文忠，陳德勝，王曉明.GPSRTK技術(shù)在土地測(cè)繪中的應(yīng)用——以寧波市江北區(qū)為例[J].浙江國土資源，2005，（10）.

（責(zé)任編輯：陳 潔）endprint