工程測(cè)繪中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用探析

馬興建+袁濤

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展速度的不斷加快，GPS技術(shù)作為先進(jìn)的導(dǎo)航、定位技術(shù)，相比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)顯著。工程測(cè)繪中合理應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)，不僅能夠確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實(shí)性，還能有效縮短測(cè)量時(shí)間，加快施工進(jìn)度，提高施工效率。

關(guān)鍵詞：工程測(cè)繪；GPS測(cè)量技術(shù)；概況

伴隨工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，必須重視工程測(cè)繪工作，降低測(cè)量誤差，切實(shí)提高測(cè)量水平?，F(xiàn)階段，GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中得到了廣泛應(yīng)用，但在其測(cè)量質(zhì)量不斷提升的同時(shí)，仍存在諸多不足之處，不利于工程測(cè)繪質(zhì)量的提升，應(yīng)從精確定位、外業(yè)觀測(cè)等各方面加強(qiáng)應(yīng)用效果，將其合理應(yīng)用于工程施工之中，注重設(shè)備操作應(yīng)用，全面提升工程施工質(zhì)量。

1 GPS的概況

上世紀(jì)50年代末，GPS逐步投入使用。早期主要用于軍方收集情報(bào)、監(jiān)測(cè)核爆及應(yīng)急通訊等。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，該技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并開(kāi)始用于工程測(cè)繪、導(dǎo)航、天文、通訊等多個(gè)領(lǐng)域。空間星座、地面監(jiān)控及用戶設(shè)備是構(gòu)成GPS系統(tǒng)的主要成分，其中，空間星座部分是GPS衛(wèi)星的核心部分，其衛(wèi)星數(shù)量為24顆，工作衛(wèi)星為21顆，備用衛(wèi)星為3顆。通過(guò)合理布局，能夠確保隨時(shí)隨地都可觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星。如將全向遙測(cè)遙控天線裝到星體兩端面，可實(shí)現(xiàn)和地面監(jiān)控網(wǎng)之間的通信。為保證衛(wèi)星高度、角度準(zhǔn)確無(wú)誤，并能與衛(wèi)星可見(jiàn)地面對(duì)準(zhǔn)，需將姿態(tài)控制系統(tǒng)、軌道控制系統(tǒng)合理安裝到衛(wèi)星，以此達(dá)到良好效果。通過(guò)GPS系統(tǒng)工作原理可見(jiàn)，星載時(shí)鐘精確度直接決定定位精度，也就是說(shuō)不斷提高星載時(shí)鐘精確度，則其定位精度越準(zhǔn)。地面監(jiān)控的構(gòu)成部分主要包含主控站、地面天線站及監(jiān)測(cè)站，其中主控站為1個(gè)，地面天線站為4個(gè)，監(jiān)測(cè)站為6個(gè)，為確保能夠有效應(yīng)對(duì)緊急情況，也有一個(gè)備用主控站。GPS接收機(jī)即為用戶設(shè)備，主要用在接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)后，通過(guò)該信息，對(duì)用戶所在三維位置、時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。

GPS的功能包含精確定時(shí)、工程測(cè)量、勘探測(cè)繪、導(dǎo)航等，將其用于工程測(cè)繪，具有高效、快速、省時(shí)、全天候等優(yōu)勢(shì)?？赏ㄟ^(guò)GPS進(jìn)行各類工程控制網(wǎng)的建立，并能進(jìn)行航測(cè)外控點(diǎn)的準(zhǔn)確測(cè)定。特別是工程量大、施工周期長(zhǎng)的項(xiàng)目，選取常規(guī)測(cè)量方法不僅會(huì)大大增加布網(wǎng)難度，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)精度需求。為此，目前工程施工中，往往通過(guò)GPS技術(shù)進(jìn)行高精度控制網(wǎng)的建立，且輔以常規(guī)手段加密布設(shè)導(dǎo)線。長(zhǎng)期實(shí)踐得出，GPS測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用，可大大提升測(cè)量精度，縮短工期，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

2工程測(cè)繪中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

工程測(cè)繪工作涵蓋內(nèi)容較多，對(duì)其測(cè)量結(jié)果精度要求較高。作為一種先進(jìn)、應(yīng)用范圍較廣的測(cè)繪技術(shù)，GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，不僅不受天氣等外界因素的影響，還具有較高測(cè)量精準(zhǔn)度。目前GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中主要用于以下幾個(gè)方面：

2.1定位技術(shù)的應(yīng)用

工程測(cè)繪選用GPS測(cè)量技術(shù)，如通過(guò)載波相位定位，時(shí)間可控制在20min以內(nèi)，誤差可控制在5mm以下。如選取快速定位法，也可在0.1m以內(nèi)控制誤差。工程測(cè)繪中GPS定位技術(shù)可對(duì)所有幾何、物理知識(shí)充分利用，利用GPS系統(tǒng)功能，如地面接收裝置等，全面定位所需測(cè)繪物體的各個(gè)角度。目前，主要選取靜態(tài)相對(duì)定位、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位兩種方式用于工程測(cè)繪施工，其中較為簡(jiǎn)單的為靜態(tài)相對(duì)定位方法，其所需地面接收裝置較多，根據(jù)既定方法排成基線，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)間為45min，由相關(guān)專業(yè)人士處理獲取的數(shù)據(jù)，即可得到定位數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位過(guò)程中，需進(jìn)行載波相對(duì)觀測(cè)量的設(shè)置，且控制點(diǎn)相對(duì)較多，基本控制基站可選取其中最為精確的點(diǎn)位，利用地面連接的接收裝置不間斷地監(jiān)測(cè)被測(cè)量物體。

為達(dá)到三維定位，要求GPS接收機(jī)同一時(shí)刻獲取4顆衛(wèi)星信號(hào)，而誤差要求極為嚴(yán)格，精度極高的情況下，則需同時(shí)接收5顆以上衛(wèi)星信號(hào)才能滿足三維定位需求。因24顆衛(wèi)星構(gòu)成GPS系統(tǒng)，通常情況下，接收到7顆衛(wèi)星信號(hào)要求水平角超過(guò)10°，若定位位置地形復(fù)雜，存有阻礙物，如山、建筑物等，這種情況下，將大大減少接收到的衛(wèi)星信號(hào)，此時(shí)必須充分結(jié)合慣性導(dǎo)航技術(shù)，才能滿足測(cè)量需求。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)工程測(cè)繪工作必須通過(guò)人工實(shí)施，不僅具有較大誤差，還存在安全風(fēng)險(xiǎn)。特別是地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜的情況，工程測(cè)繪難度更大、危險(xiǎn)性更高。如選取GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)附近環(huán)境，不僅能夠真實(shí)展現(xiàn)虛擬環(huán)境，還能減小誤差，降低危險(xiǎn)。利用計(jì)算機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可快速、真實(shí)地模擬測(cè)繪整個(gè)過(guò)程，同時(shí)通過(guò)三維圖像展現(xiàn)到人們面前。

2.3外業(yè)觀測(cè)

外業(yè)觀測(cè)是指可選用GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，整個(gè)過(guò)程可分三步，天線安裝一接收機(jī)操作一觀測(cè)記錄。外業(yè)觀測(cè)對(duì)其設(shè)備要求較高，只有設(shè)備選擇得當(dāng)，才能加快外業(yè)觀測(cè)進(jìn)度，才能提高工作效率及測(cè)量精度。

為滿足定位精度要求，天線安裝必須準(zhǔn)確無(wú)誤，要求做好對(duì)中、整平、定向等工作。且嚴(yán)格按照儀器使用說(shuō)明書(shū)合理操作接收機(jī)。當(dāng)前GPS接收機(jī)具有極高自動(dòng)化性能，僅需按相應(yīng)按鍵即可完成自動(dòng)測(cè)量作業(yè)，且可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄，大大降低了操作量。目前可選取接收機(jī)自動(dòng)生成的方式進(jìn)行觀測(cè)記錄，可直接在機(jī)載存儲(chǔ)器內(nèi)記錄保存，為后期調(diào)用等提供便利。

為保證外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量，必須檢查核對(duì)觀測(cè)結(jié)果，完成觀測(cè)后，應(yīng)及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。如選取常規(guī)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量，因水準(zhǔn)點(diǎn)距離遠(yuǎn)，控制難度大，進(jìn)而加大誤差。通常都會(huì)選擇500到1000m作為水準(zhǔn)點(diǎn)的間距，距離越遠(yuǎn)，施工難度也越大，此時(shí)必須進(jìn)行測(cè)量及確定臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，觀測(cè)前必須先進(jìn)行觀測(cè)計(jì)劃的制定，通過(guò)GPS測(cè)量技術(shù)得到相應(yīng)的衛(wèi)星圖片，全面剖析整個(gè)工程，并與實(shí)地考察結(jié)果相結(jié)合，進(jìn)行臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定。

在三維定位方面GPS測(cè)量技術(shù)具有極高精度，因此在工程變形監(jiān)測(cè)方面可選用GPS測(cè)量技術(shù)，不僅能夠保證工程變形監(jiān)測(cè)具有較高精度，還對(duì)監(jiān)測(cè)工作自動(dòng)化極為有利。如工程變形監(jiān)測(cè)時(shí)，基準(zhǔn)站應(yīng)選擇與監(jiān)測(cè)位置較遠(yuǎn)的地方，隨后將多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置到變形區(qū)。且將GPS接收機(jī)分別安設(shè)到基準(zhǔn)站與監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)不間斷地觀測(cè)。除此之外，還可利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，自動(dòng)向數(shù)據(jù)傳輸中心隨時(shí)傳遞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并做好處理、分析及顯示。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)全球化浪潮沖擊下，我國(guó)建設(shè)領(lǐng)域也產(chǎn)生了一定變化，必須不斷提升工程測(cè)繪水平，在保證工程建設(shè)質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用，提高了測(cè)量精度，加強(qiáng)對(duì)于施工進(jìn)度、成本及質(zhì)量的有效控制。由于工程施工規(guī)模大、周期長(zhǎng)，具有一定的復(fù)雜性及系統(tǒng)性，測(cè)繪工作難度相對(duì)較大，而GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用為各項(xiàng)工作的開(kāi)展提供了可靠依據(jù)，可大大提升工程建設(shè)質(zhì)量。endprint