GPS技術(shù)在工程測(cè)量的應(yīng)用

寧志瑩+楊錕

[摘 要]當(dāng)前我國(guó)正處在全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵階段，我國(guó)各項(xiàng)工程的建設(shè)直接關(guān)系著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施中道路橋梁的建設(shè)以及建筑房屋的建設(shè)。確保這些建設(shè)工程的質(zhì)量就需要率先做好一系列的測(cè)量工作。隨著技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)工程測(cè)量中也開(kāi)始廣泛應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)，以更高的效率來(lái)獲取更精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。

[關(guān)鍵詞]GPS技術(shù) 工程測(cè)量 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76；TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）25-0355-01

1 在工程測(cè)量中GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用原理以及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

GPS定位系統(tǒng)作為新型的觀測(cè)方法之一，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)眾多的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，如：交通運(yùn)輸行業(yè)、軍事研究領(lǐng)域、地質(zhì)勘探領(lǐng)域以及工程建設(shè)領(lǐng)域等。就GPS定位技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，主要有以下幾個(gè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

第一，GPS技術(shù)的定位精度十分高。GPS系統(tǒng)主要由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控站及用戶(hù)儀器構(gòu)成。用戶(hù)儀器在使用中可以連接多顆衛(wèi)星，消除了一些系統(tǒng)性的誤差，如衛(wèi)星軌道誤差，衛(wèi)星鐘差和大氣折光差等。這些自身特性，保證了GPS系統(tǒng)的高精準(zhǔn)性。正是工程測(cè)量人員清醒地認(rèn)識(shí)到了GPS定位系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而在工程測(cè)量領(lǐng)域?qū)PS定位系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，這也正是GPS定位系統(tǒng)自身的優(yōu)勢(shì)所決定的。除此之外，隨著測(cè)量范圍的不斷加大，GPS定位系統(tǒng)在數(shù)據(jù)測(cè)量中的精確性以及準(zhǔn)確性都會(huì)體現(xiàn)得更加明顯。

第二，GPS定位系統(tǒng)的觀測(cè)時(shí)間相對(duì)比較短。在工程測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)時(shí)，常常會(huì)在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，通常會(huì)對(duì)GPS定位系統(tǒng)加以有效地應(yīng)用，從而將工程的測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)加以合理地布設(shè)，并且一般來(lái)說(shuō)，觀測(cè)每一個(gè)布設(shè)的測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)的時(shí)間僅需要30分鐘到40分鐘，因此，在實(shí)際的測(cè)量與觀測(cè)過(guò)程中，所需要花費(fèi)的時(shí)間是很短的。與此同時(shí)，如果能夠?qū)焖凫o態(tài)的GPS定位加以有效地應(yīng)用，會(huì)很大程度上縮短測(cè)量的時(shí)間。

第三，GPS測(cè)量技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的目標(biāo)。正是因?yàn)樵诠こ虦y(cè)量中有效應(yīng)用了GPS定位系統(tǒng)，使得實(shí)時(shí)自動(dòng)化測(cè)量的目標(biāo)得以更好地實(shí)現(xiàn)。GPS測(cè)量技術(shù)在實(shí)際的操作過(guò)程中十分簡(jiǎn)單，特別是隨著我國(guó)不斷發(fā)展和提高的科學(xué)技術(shù)手段，使得GPS測(cè)量技術(shù)中的接收器變得更加地小型化，同時(shí)，在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中，也變得更加地簡(jiǎn)單。而對(duì)于工程的觀測(cè)人員來(lái)說(shuō)，需要在實(shí)際的觀測(cè)與測(cè)量過(guò)程中，先將觀測(cè)所需的天線(xiàn)合理放置在相應(yīng)的位置上，這時(shí)，GPS測(cè)量技術(shù)就不但能對(duì)觀測(cè)站的平面特性的位置實(shí)時(shí)定位，更重要的是，還能為用戶(hù)將三維的立體坐標(biāo)及時(shí)提供。

2 在工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

2.1 測(cè)定施工水準(zhǔn)點(diǎn)

在工程施工前，必須要測(cè)定施工水準(zhǔn)點(diǎn)，只有定標(biāo)確定了施工水準(zhǔn)點(diǎn)，才能更好地進(jìn)行施工。傳統(tǒng)測(cè)量方法在測(cè)定施工水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，一般是檢測(cè)線(xiàn)條是否位于同一水平線(xiàn)上，并以此來(lái)進(jìn)行判斷，這種傳統(tǒng)的測(cè)定方法比較繁瑣復(fù)雜，且精確度也難以保證。應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)定位，通過(guò)利用動(dòng)態(tài)設(shè)置，從而能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靜止。通過(guò)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，分析測(cè)量對(duì)象，從而能夠精準(zhǔn)地找出施工水準(zhǔn)點(diǎn)的具體位置。此外，還可以將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)手動(dòng)刪除，最大程度降低施工水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定中的誤差，獲取精確的基線(xiàn)，從而能夠使測(cè)量精度得到進(jìn)一步提高。

2.2 位置確定

應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量，通過(guò)衛(wèi)星，可以對(duì)待測(cè)對(duì)象進(jìn)行精準(zhǔn)地描繪、正確分析位置，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行更好地分析，從而能夠進(jìn)行精準(zhǔn)地位置確定。在進(jìn)行工程測(cè)量的過(guò)程中，GPS技術(shù)能夠?qū)ο嚓P(guān)影響因素進(jìn)行充分考慮，從而可以減少誤差的出現(xiàn)，并有效提高檢測(cè)的精度。通過(guò)做出檢測(cè)對(duì)象的幾何圖形，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象的精準(zhǔn)分析，有利于提高測(cè)量精度。

2.3 圖像虛擬現(xiàn)實(shí)繪制

在工程測(cè)量中應(yīng)用GPS技術(shù)，可以對(duì)工程測(cè)量對(duì)象進(jìn)行圖像虛擬現(xiàn)實(shí)繪制，不僅有利于對(duì)測(cè)量對(duì)象的分析與處理，還有利于減少測(cè)量人員的工作量與工作強(qiáng)度，尤其是在地質(zhì)惡劣的環(huán)境下，利用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，能夠?qū)⒐こ虦y(cè)量對(duì)象生動(dòng)地描繪出來(lái)，有利于更好地進(jìn)行后續(xù)操作。

3 工程測(cè)量中GPS技術(shù)精度分析

3.1 GPS衛(wèi)星對(duì)測(cè)量精度的影響

GPS測(cè)量技術(shù)主要就是基于GPS衛(wèi)星的定位功能來(lái)進(jìn)行測(cè)量，所以GPS測(cè)量技術(shù)其測(cè)量精度直接受到GPS衛(wèi)星定位精準(zhǔn)度的影響。但是現(xiàn)階段所采取的單點(diǎn)定位方式會(huì)使得衛(wèi)星星歷提供的的測(cè)量結(jié)果和衛(wèi)星實(shí)際所處位置存在差異，進(jìn)而引起誤差。該誤差的存在通常會(huì)直接影響GPS測(cè)量精度，所以需要通過(guò)區(qū)域性的GPS跟蹤網(wǎng)來(lái)跟蹤確定GPS衛(wèi)星軌道。因?yàn)閱吸c(diǎn)定位具有較低的精度，無(wú)法獲得GPS測(cè)量需要的高精度要求，所以應(yīng)該不再考慮衛(wèi)星軌道誤差，而應(yīng)該直接以導(dǎo)航電文所得到的衛(wèi)星軌道作為基準(zhǔn)，此外還應(yīng)該保持跟蹤站地心坐標(biāo)精度，衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中外界攝動(dòng)力都會(huì)影響其運(yùn)行，由此產(chǎn)生多余復(fù)雜的衛(wèi)星軌道，同時(shí)要通過(guò)加權(quán)約束基準(zhǔn)獲得5cm以上的相對(duì)坐標(biāo)值。通過(guò)這樣的方式就只需要針對(duì)跟蹤基站實(shí)施數(shù)據(jù)分析就可以對(duì)軌道誤差進(jìn)行修正，將精密的星歷傳送給客戶(hù)，進(jìn)而提升GPS測(cè)量精度。

3.2 接收設(shè)備對(duì)GPS測(cè)量精確度的影響

信號(hào)被接受設(shè)備接收的時(shí)候，信號(hào)的輸入強(qiáng)度和輸入方向變化都會(huì)影響相位中心位置，導(dǎo)致理想相位中心位置與實(shí)際相位中心位置之間出現(xiàn)差異，進(jìn)而影響GPS測(cè)量精確度。所以在正式實(shí)施GPS測(cè)量之前首先需要對(duì)接收設(shè)備天線(xiàn)的穩(wěn)定性和相位中心進(jìn)行檢查，滿(mǎn)足要求之后才可以開(kāi)始測(cè)量，只有這樣才可以確保最終的測(cè)量精度。還要對(duì)接收設(shè)備野外作業(yè)性能進(jìn)行檢查，保證接收設(shè)備可以完全適應(yīng)野外實(shí)地測(cè)量具體環(huán)境。另外，如果測(cè)程不同其精度通常也會(huì)出變化，一臺(tái)設(shè)備在不同的時(shí)間或者不同的地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于所處的環(huán)境無(wú)法確保完全一樣，所以其精度也會(huì)不一樣。甚至還需要考慮到頻標(biāo)穩(wěn)定性對(duì)于結(jié)果精度的影響。這就要求充分了解并掌握接收設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上制定較為合理完善的GPS測(cè)量計(jì)劃，在確保GPS測(cè)量任務(wù)的同時(shí)還可以保證測(cè)量精度。

3.3 衛(wèi)星信號(hào)傳播對(duì)GPS測(cè)量精度的影響

衛(wèi)星信號(hào)在傳播的過(guò)程中會(huì)受到多方面因素的影響，如大氣層的彌散特性會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生折射、測(cè)站附近聚集很多反射物同樣會(huì)引起折射等，直接導(dǎo)致傳播路徑出現(xiàn)偏差，傳播速度出現(xiàn)改變，最終影響到GPS測(cè)量精度。所以需要采取有效措施減小電離層或者實(shí)現(xiàn)多路徑的形式來(lái)降低誤差，進(jìn)而提升精度。①修正GPS測(cè)量的重要手段就是電離層模型。通過(guò)導(dǎo)航電文給出的電離層模型能夠有效修正單頻GPS接收機(jī)；②GPS精度的提升還可以通過(guò)同步觀測(cè)值求差法來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樾l(wèi)星信號(hào)抵達(dá)各個(gè)觀測(cè)站的時(shí)候具備路徑相近或者介質(zhì)狀況相似的特征，可以通過(guò)兩臺(tái)接收機(jī)實(shí)施同步觀測(cè)并取其差，這樣可以顯著降低電離層折射。③可通過(guò)雙頻觀測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)偽距的測(cè)量，根據(jù)電離層折射和信號(hào)頻率特性，基于測(cè)量結(jié)果獲得電離層改正數(shù)，以提升GPS測(cè)量精度。此外，在布置站點(diǎn)的時(shí)候需要綜合考慮，比如，盡量避免將站點(diǎn)設(shè)置在山谷、盆地以及山坡等位置，最好是設(shè)置在距離大面積平靜水面較遠(yuǎn)的位置。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前工程建設(shè)發(fā)展中產(chǎn)生對(duì)工程測(cè)量較為高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，形成了高精度、高效率工程測(cè)量方式的需求。應(yīng)對(duì)這一技術(shù)發(fā)展需求，必須有針對(duì)性地研究適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用環(huán)境和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的GPS測(cè)量技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉葉明.GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2010，07：259-260.

[2]原濤.淺談GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].江西測(cè)繪，2013，04：53-55.

[3]王小燕.GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].江西建材，2012，06：229-230.