前工程測繪中GPS測量技術(shù)的應(yīng)用探討

黃梟昌 羅利君

（江西中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司， 江西 南昌 330001）

前工程測繪中GPS測量技術(shù)的應(yīng)用探討

黃梟昌1羅利君2

（江西中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司， 江西 南昌 330001）

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，GPS測量技術(shù)作為工程測繪中的一項(xiàng)重要的技術(shù)，具有測量的時(shí)間短、測量的精確度高及技術(shù)含量高等優(yōu)點(diǎn)，在工程測量實(shí)踐中發(fā)揮的作用也越來越重要。本文主要從GPS測量技術(shù)概述，分析了GPS測量技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用，最后提出了工程測量中GPS測量技術(shù)應(yīng)用需注意問題。

GPS測量技術(shù)；工程測繪；應(yīng)用

1 GPS測量技術(shù)概述

GPS即全球定位系統(tǒng)，是一種基于衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的定位某運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度，且精度很高，在地圖測繪、建立地理信息系統(tǒng)、市政工程建設(shè)的測量、地震預(yù)測、地球外殼畸變等方面有廣泛運(yùn)用。在應(yīng)用時(shí)，主要通過無線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無線導(dǎo)航來提供準(zhǔn)確的定位信息，現(xiàn)在已經(jīng)得到多個(gè)領(lǐng)域的重視與應(yīng)用。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，GPS測量技術(shù)研究與應(yīng)用更為成熟，具有經(jīng)濟(jì)快速與精度高等特點(diǎn)，進(jìn)一步推動(dòng)了測量領(lǐng)域與測繪領(lǐng)域的快速發(fā)展。GPS測量技術(shù)具有定位精度高、觀測時(shí)間短、應(yīng)用范圍廣以及操作簡單等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)GPS測量技術(shù)相比，其可以全天候持續(xù)工作。在數(shù)據(jù)監(jiān)測工作中，GPS衛(wèi)星數(shù)目分布合理性更高，并且左右范圍廣泛，在監(jiān)測時(shí)能夠通過系統(tǒng)完成三維定位，對(duì)地球上任何地點(diǎn)、環(huán)境以及時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，靈活性更高。總而言之，GPS測繪技術(shù)以其高精度、操作簡便、耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用與工程測繪中，為工程測繪的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 GPS測量技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

2.1 GPS定位技術(shù)的應(yīng)用

GPS定位技術(shù)，主要結(jié)合了各種幾何知識(shí)和物理知識(shí)，通過衛(wèi)星以及接收裝置的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的多角度的定位。在目前，工程測繪中的GPS技術(shù)包括了靜態(tài)相對(duì)定位以及動(dòng)態(tài)相對(duì)定位兩種，其中靜態(tài)相對(duì)定位對(duì)地面接收裝置的數(shù)量要求較多，裝置根據(jù)一定的方式進(jìn)行排列，并進(jìn)行約為45分鐘的實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后即可得出所需定位數(shù)據(jù)。而對(duì)于動(dòng)態(tài)相對(duì)定位，則需要在載波相對(duì)觀測量的基礎(chǔ)上進(jìn)行作業(yè)，其需要設(shè)置較多的控制點(diǎn)，選擇中點(diǎn)位較準(zhǔn)確的控制點(diǎn)作為基本控制基站，并通過地面接收裝置對(duì)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

在一般情況下，GPS技術(shù)的三維定位需要保證接收機(jī)能夠同時(shí)接收四顆衛(wèi)星的信號(hào)，另外對(duì)于精度要求較高的定位，則需要加大衛(wèi)星的數(shù)量。GPS系統(tǒng)包括了24顆衛(wèi)星，在水平角大于10度的情況下，GPS系統(tǒng)能夠接收7顆衛(wèi)星的信號(hào)，如果定位地勢(shì)存在較多的山巒以及建筑物，衛(wèi)星信號(hào)的接收會(huì)受到影響，因此需要結(jié)合慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)正常作業(yè)。

2.2 施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的測量

在工程測繪的水準(zhǔn)測量中，傳統(tǒng)的測繪方法的測量結(jié)果與水準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)距離較遠(yuǎn)，這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)過程中缺乏實(shí)際預(yù)算和實(shí)地考察造成的。設(shè)計(jì)單位的水準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離一般保持在500米到1000米，在實(shí)際情況下，這個(gè)距離具有一定的難度，施工過程中需要對(duì)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測量和確定，一般通過GPS接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收，過程包括了天線的安裝、接收機(jī)的操作以及觀察和記錄。觀測需要結(jié)合觀測計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)，從而防止過程出現(xiàn)失誤，提高測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性以及效率。

2.3 GPS外業(yè)測繪

GPS外業(yè)測繪需要選擇準(zhǔn)確的測量點(diǎn)，這個(gè)測量點(diǎn)的選擇直接關(guān)系到測繪工作的準(zhǔn)確性和工程精度。在選擇測量點(diǎn)之前，要對(duì)測繪地區(qū)的地理位置和標(biāo)架進(jìn)行確定，這是GPS測繪能夠有效應(yīng)用于測繪區(qū)域的前提。GPS技術(shù)在測繪工作中主要依賴于開機(jī)觀測和無線裝置實(shí)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)的測量工作具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性。GPS測繪過程由于確定了觀測點(diǎn)，需要從三個(gè)不同方位對(duì)測量設(shè)備進(jìn)行固定，保證標(biāo)志中心準(zhǔn)確相對(duì)。

2.4 GPS布網(wǎng)

GPS測繪技術(shù)在應(yīng)用的過程中，需要通過全面的布網(wǎng)，布網(wǎng)工作主要是沿著測繪工程的線路要求進(jìn)行測繪。在測繪的過程中，布網(wǎng)工作的實(shí)現(xiàn)主要是利用點(diǎn)連接或者線連接的方式，對(duì)三交所同步圖形進(jìn)行發(fā)展。在針對(duì)不同的測量區(qū)域進(jìn)行布網(wǎng)時(shí)，一般需要按照實(shí)際需要，如施工網(wǎng)或者信息網(wǎng)等不同的方式來選擇布網(wǎng)的方式。有效的布網(wǎng)可以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自身的強(qiáng)度，使得GPS可以通過控制網(wǎng)絡(luò)自如的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的測量和儲(chǔ)存，也能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.5 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測繪方法

針對(duì)某些已經(jīng)經(jīng)過檢測點(diǎn)之上的新基站進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)需要安裝一臺(tái)GPS接收設(shè)備，便可以實(shí)現(xiàn)在該區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)場測繪。通過無線電傳送的方式，可以將GPS測繪結(jié)果及時(shí)傳遞到信息接收站。觀測現(xiàn)場的流動(dòng)站在接收來自不同發(fā)送站的信息的同時(shí)，也可以依靠基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行定位，這時(shí)基準(zhǔn)站及流動(dòng)站將該數(shù)據(jù)與本身觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分解算，從而得到兩觀測站之間的相對(duì)位置，解算出流動(dòng)站所在位置的三維坐標(biāo)并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和輸出。

3 工程測量中GPS測量技術(shù)應(yīng)用需注意問題

3.1 注意測站點(diǎn)設(shè)置問題

測站點(diǎn)的選擇主要是對(duì)于首級(jí)控制網(wǎng)的設(shè)置而言的。關(guān)于GPS測站點(diǎn)位置的選擇，應(yīng)該是挑選那些視野非常開闊的地方的。同時(shí)，測站點(diǎn)周圍的障礙物的遮擋高度不能超過10°，且不能有相關(guān)的GPS信號(hào)反射物的存在，這樣容易導(dǎo)致多路徑出現(xiàn)誤差的問題。對(duì)于測站點(diǎn)周圍的環(huán)境，更是需要仔細(xì)觀察，確保周圍的環(huán)境是有利于發(fā)播或是傳送差分改正信號(hào)的。開闊的上空是測站點(diǎn)位置選取必須具備的條件之一，同時(shí)成片的障礙物出現(xiàn)范圍是不能超過10°～15°的高度角的觀測范圍內(nèi)的。測站點(diǎn)周圍可能會(huì)存在著電磁波干擾的情況，但是必須將此干擾范圍限定在200m的范圍以外，避免電磁波干擾。

3.2 注意GPS網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)選擇問題

要把GPS定位成果應(yīng)用到坐標(biāo)體系中，GPS網(wǎng)就應(yīng)當(dāng)和既有的GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，并且聯(lián)測的總點(diǎn)數(shù)應(yīng)當(dāng)大于3個(gè)。點(diǎn)的分布和誤差直接影響著GPS網(wǎng)的測繪精度，較大的基準(zhǔn)點(diǎn)誤差將會(huì)以系統(tǒng)誤差的形式體現(xiàn)在觀測值的殘差當(dāng)中，導(dǎo)致GPS的定位結(jié)果發(fā)生扭曲變形。所以，GPS數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是選取可用的GPS網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)。目前，國內(nèi)只建成了A、B兩級(jí)高精度的GPS網(wǎng)，由于點(diǎn)位密度相對(duì)較小，一直未能推廣使用。因此，在進(jìn)行GPS觀測時(shí)，應(yīng)當(dāng)將國家大地點(diǎn)當(dāng)作坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)的尺度、方向和位置基準(zhǔn)的依據(jù)進(jìn)行聯(lián)測。必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)進(jìn)行聯(lián)測的大地點(diǎn)做有效的檢核，盡量確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的精度。

3.3 注意假值問題

只有在初始化成功后解的類型不是浮點(diǎn)解而是固定解，利用 GPS儀器實(shí)施RTK測量才能夠到達(dá)較高的精度。由于受到環(huán)境因素、處理軟件等各個(gè)方面的影響，接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)初始化程度容易導(dǎo)致平面位置出現(xiàn)偏差。可以采用以下方法防止假值的出現(xiàn)：

1）重新初始化后應(yīng)當(dāng)對(duì)兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測；

2）在觀測前復(fù)測兩個(gè)以上的已知點(diǎn)；

3）作業(yè)時(shí)觀察高程值是否和實(shí)際相符合，是否有異常的高程值出現(xiàn)；4）在進(jìn)行室內(nèi)處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)高程變化異常的點(diǎn)進(jìn)行復(fù)查。

3.4 注意基線解算問題

一般來說，基線在結(jié)算的過程中都會(huì)存在著一些問題，這些問題具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

1）基線的起點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置不夠準(zhǔn)確。工程測量實(shí)踐中，選擇精確度比較高的基點(diǎn)作為基線的起點(diǎn)，或者也可以將所有基線的起點(diǎn)坐標(biāo)全部從一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行衍生，這樣基點(diǎn)坐標(biāo)的誤差就會(huì)存在整個(gè)基線之中。然后可以通過使用系統(tǒng)參數(shù)的方法，對(duì)GPS網(wǎng)平差進(jìn)行處理，確保誤差值最小化乃至沒有，盡可能地精確基線的起點(diǎn)坐標(biāo)定位。

2）GPS在觀測的過程中，時(shí)間花費(fèi)是比較短的。在基線的解算過程中，就需要對(duì)觀測時(shí)間較短的某一顆衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，這樣才能有效地保證基線解算的結(jié)果的準(zhǔn)確性與精確度，確保工程測量結(jié)果的質(zhì)量。

3）存在著周跳太多的問題。在工程測量的過程中，通過GPS測量技術(shù)，經(jīng)常會(huì)觀察到多顆衛(wèi)星在同一時(shí)間出現(xiàn)周跳的情況，這時(shí)就需要將這個(gè)時(shí)段的觀測數(shù)據(jù)刪除，從而確保觀測結(jié)果在質(zhì)量上得以改善。

4）在基線的解算過程中，還存在著多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的問題。由于多路徑效應(yīng)容易造成觀測值出現(xiàn)誤差或是殘差的問題，為了改善觀測值的質(zhì)量，就需要對(duì)多路徑效應(yīng)發(fā)生比較嚴(yán)重的觀測時(shí)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除工作，也可能是刪除某顆衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，GPS測量技術(shù)不同于傳統(tǒng)的測量技術(shù)，GPS測量技術(shù)能夠顯著地提高工程測量的效率和可靠性，降低測量作業(yè)的強(qiáng)度，將測量技術(shù)人員從實(shí)地測量工作中解放出來。但在GPS測量技術(shù)應(yīng)用過程中依然存在諸多的問題需要解決，因此，廣大工程測量技術(shù)人員要不斷探索和總結(jié)GPS技術(shù)在工程測量實(shí)踐中的運(yùn)用方法，充分發(fā)揮GPS技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

K928

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1007-6344（2017）10-0130-01