GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用分析

吳限澤

遼寧工程技術(shù)大學(xué)測(cè)繪與地理科學(xué)學(xué)院測(cè)繪工程專業(yè)14級(jí)

GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用分析

吳限澤

遼寧工程技術(shù)大學(xué)測(cè)繪與地理科學(xué)學(xué)院測(cè)繪工程專業(yè)14級(jí)

GPS測(cè)量技術(shù)具有精確度高、技術(shù)含量高、測(cè)量時(shí)間短等特點(diǎn)，在工程測(cè)繪中的應(yīng)用發(fā)揮了重要的作用，并且成為推動(dòng)國(guó)內(nèi)工程測(cè)繪工作效率和質(zhì)量提升的重要因素。本文對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

GPS測(cè)量技術(shù)；工程測(cè)繪；應(yīng)用

引言：

GPS測(cè)量技術(shù)不但空前地?cái)U(kuò)大了測(cè)量的范圍，而且使測(cè)量的精度和準(zhǔn)確度得到了大大的提高。高科技技術(shù)要求測(cè)繪人員必須對(duì)整個(gè)操作過(guò)程進(jìn)行規(guī)范地操作，從而保證測(cè)繪數(shù)據(jù)的精確性以及科學(xué)性，只有這樣，才能工程項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量得到保證。

一、GPS 全球定位系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

一是觀測(cè)速率明顯高。從GPS 系統(tǒng)誕生以來(lái)，一直以較快的速度發(fā)展，隨著科技的發(fā)展，軟件的功能的增加日趨完善?，F(xiàn)在僅用15min 就可以對(duì)20km 以內(nèi)的靜態(tài)目標(biāo)進(jìn)行精確的定位；基準(zhǔn)站與各流動(dòng)站的距離在1.5km 以內(nèi)時(shí)，進(jìn)行快速靜態(tài)相對(duì)定位的測(cè)量，流動(dòng)站觀測(cè)僅要不到2min 的時(shí)間即可以準(zhǔn)確定位，在此之后可以隨時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，各站之間的觀測(cè)差距在幾秒鐘之內(nèi)。

二是定位的準(zhǔn)確性更高。大量的實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用表明，用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位，在小于50 km 的基線上，相對(duì)定位精度可達(dá)1×10-6～2×10-6，而在100～500 km 的基線上可達(dá)10-6～10-7。隨著觀測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法的改善，可望在大于1000 km 的距離上，相對(duì)定位精度達(dá)到或優(yōu)于10-8。在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)和實(shí)時(shí)差分定位(RTD)方面，定位精度可達(dá)到厘米級(jí)和分米級(jí)，能滿足各種工程測(cè)量的要求。其精度見(jiàn)表1。隨著GPS 定位技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，其精度還將進(jìn)一步提高。

三是操作更簡(jiǎn)單。在操作上，GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度非常高，有的已達(dá)到“傻瓜化”的程度，操作員只需要安裝并開(kāi)關(guān)儀器、采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)、量取儀器高度和監(jiān)視儀器工作狀態(tài)，其他工作則由GPS接收機(jī)自動(dòng)完成，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)和記錄等。假如在一個(gè)測(cè)站上需要作較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式，將所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，不需要任何人員人值守，就可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集與處理。在結(jié)束觀測(cè)的時(shí)候，也只需關(guān)閉電源，收好接機(jī)，便完成野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。此外目前的接收機(jī)體積也越來(lái)越小，重量亦越來(lái)越輕，便于攜帶和搬運(yùn)。

四是功能較多、應(yīng)用廣泛。GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度和時(shí)間信息。因此它不僅可以用于測(cè)量、導(dǎo)航，還可以用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。隨著GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域在不斷拓寬。目前，在導(dǎo)航方面，它不僅廣泛的用于海上、空中和陸地目標(biāo)的導(dǎo)航，而且，在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控與管理以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的報(bào)警與救援等方面，也已獲得了成功的應(yīng)用；在測(cè)量工作方面，這一定位技術(shù)在大地測(cè)量、工程測(cè)量、工程與地型變形監(jiān)測(cè)、地籍測(cè)量、航空攝影測(cè)量和海洋測(cè)繪等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用己甚為普遍。如：監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變；測(cè)定航空航天攝影瞬間的相機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)僅有少量地面控制或無(wú)地面控制的航測(cè)快速成圖等。

二、GPS 測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

一是 GPS定位技術(shù)的應(yīng)用。在工程測(cè)繪中，GPS定位技術(shù)應(yīng)用的原理主要是將幾何與物理學(xué)科一些基本原理的結(jié)合，并且利用GPS系統(tǒng)空間分布的衛(wèi)星及其與地面接收裝置，實(shí)現(xiàn)測(cè)量物體的多角度定位。目前，國(guó)內(nèi)外工程測(cè)繪中應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)中的定位技術(shù)主要包括：靜態(tài)相對(duì)定位和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位兩種模式，其中靜態(tài)相對(duì)定位的操作流程較為簡(jiǎn)單，需要由多臺(tái)地面接收裝置排列成一條或數(shù)條基線，同步觀測(cè)時(shí)間可以達(dá)到45分鐘左右，其測(cè)量結(jié)果需要由專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理 。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位則是以載波相對(duì)觀測(cè)量為基本依據(jù)，一般需要選取點(diǎn)位較為精確的控制點(diǎn)作為測(cè)量工作的控制基站，并且通過(guò)安裝一臺(tái)或多臺(tái)地面連續(xù)接收裝置連續(xù)觀測(cè)不同角度傳送的實(shí)施動(dòng)態(tài)信息。一個(gè)GPS接收機(jī)必須同時(shí)接收4顆衛(wèi)星才能進(jìn)行三維定位。對(duì)于實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位精度，則要求同時(shí)接收5顆以上的衛(wèi)星。在理想情況下，因?yàn)镚PS系統(tǒng)有24顆衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)，通常在水平角l0度以上都能觀測(cè)到7顆衛(wèi)星。但如果附近有山、建筑物或其他遮擋物，則所能觀測(cè)到的衛(wèi)星會(huì)更少，這樣接收機(jī)就很難定位，故有些應(yīng)用還要與慣性導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合。

二是工程變形監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用。工程變形在工程建設(shè)中會(huì)常常遇到，它一般包括人為因素而造成的建筑物或地殼的變形和建筑物的位移。由于GPS測(cè)量在三維定位中具有高精度的優(yōu)勢(shì)，所以它成了監(jiān)測(cè)各種工程變形的極為有效的測(cè)量工具。在工程建設(shè)過(guò)程中，往往會(huì)遇到形態(tài)迥異的各類變形，其變形類型主要包括陸地建筑物的變形和缺陷、大壩的變形、資源開(kāi)采區(qū)的地面沉降、海上建筑物的沉陷等。如具體應(yīng)用在大壩變形的監(jiān)測(cè)中，水降或水電站的大壩，由于水負(fù)荷的重壓，可能引起大壩的變形。因此為了避免大壩變形引發(fā)安全事故，必須對(duì)大壩進(jìn)行連續(xù)而精密的監(jiān)測(cè)。如果采用GPS精密定位技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)大壩變形監(jiān)測(cè)工作的精度達(dá)到(1.0ppm- 0.1ppm)，而且還有助于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)工作的自動(dòng)化。

三是施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量與確定。在工程測(cè)繪的水準(zhǔn)測(cè)量中，設(shè)計(jì)單位應(yīng)用傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)得出水準(zhǔn)點(diǎn)普遍距離較遠(yuǎn)，這是由于設(shè)計(jì)中未進(jìn)行嚴(yán)密的預(yù)算與實(shí)地考察而導(dǎo)致的。通常情況下，設(shè)計(jì)單位給出的水準(zhǔn)點(diǎn)一股都在500～1000m之間，施工時(shí)使用很不方便。施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量與確定是指利用GPS接收機(jī)采集來(lái)自GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)，其作業(yè)過(guò)程大致可分為天線安置、接收機(jī)操作和觀測(cè)記錄。外業(yè)觀測(cè)應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)所擬定的觀測(cè)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)施，只有這樣，才能協(xié)調(diào)好外業(yè)觀測(cè)的進(jìn)程，提高工作效率，保證測(cè)量成果的精度。例如：在部分大型公路工程項(xiàng)目的實(shí)地測(cè)量工作中，應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)測(cè)量人員可以通過(guò)觀看衛(wèi)星同步圖片，對(duì)路基高度進(jìn)行全面分析與考慮，并根據(jù)實(shí)地地形地貌，可以沿路線方向間隔200～250m左右補(bǔ)置一個(gè)施工用水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)可設(shè)在附近房基、機(jī)井臺(tái)等較堅(jiān)固處，或自己埋設(shè)，并對(duì)每個(gè)加密水準(zhǔn)點(diǎn)位置做詳細(xì)記錄。

三、總結(jié)

GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在工程測(cè)繪中，大大提高了工程測(cè)量的精密性、可靠性和工作效率。需要測(cè)繪人員對(duì)測(cè)繪過(guò)程和測(cè)繪結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，分析問(wèn)題出現(xiàn)的方向，從而有選擇地進(jìn)行改進(jìn)，只有這樣，才能將GPS測(cè)量技術(shù)更好地融合在工程測(cè)繪之中，保證工程測(cè)繪的良性發(fā)展。

[1]高秀娟.GPS測(cè)繪新技術(shù)與工程測(cè)量的內(nèi)在聯(lián)系黑龍江科技信息.2010年36期.

[2]彭仁濤，申鎮(zhèn)豪.淺談GIS技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2012(7).