工程測(cè)量中GPS測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

鄭長(zhǎng)海

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，工程建設(shè)的速度在逐漸加快，工程測(cè)量在工程建設(shè)中的作用也越來(lái)越明顯。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，工程測(cè)量過(guò)程中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，對(duì)于工程測(cè)量而言具有重要的意義。論文首先闡述了GPS的概念然后分析了GPS測(cè)量技術(shù)及其特點(diǎn)，最后對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了深入探討。

【Abstract】 Along with China's sustained economic growth， the construction speed gradually accelerated， the role of engineering measurement in engineering construction is more and more obvious. Under the background of continuous development of science and technology， the application of GPS measurement technique in engineering measurement becoming more and more widely， and has important significance for the engineering measurement. This paper firstly describes the concept the GPS and analyzes the GPS measurement technology and its characteristics， finally discusses the practical application of GPS technology in engineering measurement.

【關(guān)鍵詞】工程測(cè)量；GPS測(cè)量技術(shù)；技術(shù)要點(diǎn)

【Keywords】 engineering measurement； GPS measurement technology； technical points

【中圖分類號(hào)】TU198 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）01-0154-03

1 引言

GPS測(cè)量技術(shù)是一種以GPS技術(shù)為依托的工程測(cè)量手段，具備高度自動(dòng)化、高精度的特點(diǎn)，由于優(yōu)勢(shì)十分明顯，越來(lái)越受到測(cè)量工作者的關(guān)注。工程測(cè)量涵蓋工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)階段、施工階段與管理階段，在工程建設(shè)過(guò)程中有著不可替代的地位，此外，其對(duì)于測(cè)量手段的要求較高，必須要具備很高的精度，因此，探討工程測(cè)量中GPS測(cè)量技術(shù)并研究其實(shí)際應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 GPS測(cè)量技術(shù)概述

GPS是全球定位系統(tǒng)Global Positioning System的簡(jiǎn)稱，是新型衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，GPS最初研制是軍事運(yùn)用，研制時(shí)間地點(diǎn)是在20世紀(jì)70年代的美國(guó)，在20世紀(jì)90年代時(shí)才得以全面建成，可以實(shí)現(xiàn)海、陸、空全面實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，并且實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)的定位。GPS系統(tǒng)的組成包含三大部分，一部分是空間部分，即GPS衛(wèi)星星座，第二部分是地面控制部分，也就是GPS系統(tǒng)當(dāng)中的地面監(jiān)控系統(tǒng)，還有一部分是用戶設(shè)備部分，主要作用是用來(lái)接收GPS信號(hào)，GPS測(cè)量技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)提供出精確的三維坐標(biāo)，由點(diǎn)、線、面三種要素構(gòu)成，具備精準(zhǔn)度高、高效性等特點(diǎn)，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，目前GPS技術(shù)已經(jīng)不單單用在軍事上，還用在民用交通導(dǎo)航、土地測(cè)量、野外考察、日常生活等多個(gè)領(lǐng)域。

目前，隨著通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，GPS與通信技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了高效的結(jié)合，三維坐標(biāo)的測(cè)定從原來(lái)的靜態(tài)逐漸變?yōu)閯?dòng)態(tài)，定位與導(dǎo)航也開(kāi)始變成了實(shí)時(shí)測(cè)量，不再需要通過(guò)數(shù)據(jù)處理而得到，GPS技術(shù)的廣度與深度都得到了極大擴(kuò)展。目前，GPS技術(shù)在地形、土地的測(cè)量中應(yīng)用十分廣泛，同時(shí)，在一些工程、地表沉陷等的監(jiān)測(cè)中，也有著十分廣泛的應(yīng)用。

3 GPS測(cè)量技術(shù)及特點(diǎn)分析

3.1 GPS定位技術(shù)

GPS定位技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛，也是最基礎(chǔ)的技術(shù)之一，GPS定位技術(shù)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)為用戶提供準(zhǔn)確的位置信息服務(wù)，其主要原理是通過(guò)GPS接收機(jī)將信號(hào)接收過(guò)來(lái)，在誤差處理之后進(jìn)行計(jì)算，從而得到準(zhǔn)確的位置信息，隨后，將位置信息傳輸?shù)竭B接的設(shè)備當(dāng)中，相關(guān)設(shè)備會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行計(jì)算與變化，最后再傳輸給移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)定位功能。GPS定位技術(shù)主要分為三種，一種是基于Cell ID定位技術(shù)，主要是通過(guò)基站的Cell信息來(lái)定位到用戶所在的位置，精度受基站分布與覆蓋情況的影響；一種是基于AFLT的定位技術(shù)，也就是Advanced Forward Link Trilateration技術(shù)，該技術(shù)是CDMA特有技術(shù)，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)基站導(dǎo)頻信息、利用碼片的方式，在三角定位法的計(jì)算下得到最終的定位位置；最后一種是基于AGPS的定位技術(shù)，主要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的輔助來(lái)完成定位功能。

3.2 GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)的虛擬仿真功能，生成一種新型的模擬環(huán)境，屬于一門(mén)交叉技術(shù)前沿領(lǐng)域，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的三維立體化、模擬化。GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指的是測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)結(jié)合之后，虛構(gòu)出十分逼真的工程測(cè)繪環(huán)境，然后進(jìn)行實(shí)地測(cè)繪，同時(shí)，還能及時(shí)通過(guò)三維圖形的方式將測(cè)繪流程以及一些安全重點(diǎn)顯現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，在一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜、惡劣的區(qū)域，GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛也十分必要。而且，GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠查找并完善測(cè)量方案中出現(xiàn)的不足，確保測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的精準(zhǔn)度，目前GPS虛擬技術(shù)的應(yīng)用也十分廣泛，是GPS測(cè)量技術(shù)中十分重要的組成部分。

3.3 RTK技術(shù)endprint

RTK技術(shù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法Real-time kinematic的簡(jiǎn)稱，是新型的GPS測(cè)量方法，與以往的靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量以及快速靜態(tài)測(cè)量方法不同，RTK技術(shù)不需要在測(cè)量后進(jìn)行解算，而是能夠?qū)崟r(shí)得到厘米級(jí)定位精度，主要采用的方法是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分法，在GPS應(yīng)用的過(guò)程中，具備重要意義，在工程放樣、地形測(cè)圖等環(huán)節(jié)得到了極大的應(yīng)用，在很大程度上提升了外業(yè)作業(yè)效率[1]。RTK技術(shù)具備作業(yè)自動(dòng)化、測(cè)繪功能極佳等特點(diǎn)，在測(cè)繪內(nèi)業(yè)、外業(yè)的應(yīng)用上都能夠很好的勝任，可以減少輔助測(cè)量工作，降低人為誤差，同時(shí)，RTK技術(shù)的作業(yè)條件要求比較低，受通視條件、節(jié)氣、可見(jiàn)度等因素的影響較小，在一些難通視地區(qū)或者是惡劣天氣依然可以達(dá)到極高的作業(yè)效率。最后，RTK技術(shù)的操作難度較低，對(duì)數(shù)據(jù)的處理十分迅速、準(zhǔn)確。

3.4 GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

3.4.1 快速定位

GPS技術(shù)是一種先進(jìn)的技術(shù)手段，其每一項(xiàng)配置都比較完善，在定位時(shí)采用的是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式，定位速度快，而且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，提供三維坐標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中效率較高。同時(shí)，觀測(cè)站之間不需要通視，在選點(diǎn)上可以更加靈活，但是需要注意確保觀測(cè)站上空的開(kāi)闊性，以免影響到GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收。

3.4.2 全天候觀測(cè)

GPS技術(shù)的特點(diǎn)決定了GPS的觀測(cè)可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間下實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)，而且通常情況下也不會(huì)受天氣狀況的影響。而且，GPS測(cè)量技術(shù)的觀測(cè)時(shí)間非常短，GPS控制網(wǎng)下各觀測(cè)站的觀測(cè)時(shí)間一般在30min左右，通常都不會(huì)超過(guò)40min，如果在觀測(cè)時(shí)選擇快速靜態(tài)定位法，將會(huì)進(jìn)一步縮短GPS測(cè)量技術(shù)的觀測(cè)時(shí)間。

3.4.3 定位精度高

定位精度高是GPS測(cè)量技術(shù)的主要特點(diǎn)，一般情況下，雙頻GPS接收機(jī)的精度約為5mm+1×D，與紅外儀表的5mm+5×D相比，精度不相上下，但是在長(zhǎng)距離定位上，GPS定位精度的優(yōu)越性會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，距離越長(zhǎng)越能夠顯現(xiàn)出GPS定位的高精度、高準(zhǔn)確性等特點(diǎn)。

3.4.4 操作簡(jiǎn)單、便捷

GPS測(cè)量技術(shù)目前具備極高的自動(dòng)化程度，在GPS接收機(jī)的發(fā)展上，越來(lái)越趨向于操作簡(jiǎn)單化、體積小型化，在進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，只需要對(duì)中天線并進(jìn)行整平，在掌握天線高度之后將電源打開(kāi)，GPS測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)，自動(dòng)接收到測(cè)量信息，從而得到被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，為觀測(cè)工作帶來(lái)了極大的便利。

4 GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 測(cè)定水下地形圖

在海洋資源開(kāi)發(fā)利用中，需要應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)定水下地形圖，首先需要采用三維測(cè)定的方式對(duì)海洋水資源的深度與平面的位置進(jìn)行測(cè)定，然后通過(guò)微機(jī)繪制出水下地形圖，在GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用下，水下地形圖的精確度非常高，對(duì)于海洋資源開(kāi)發(fā)工程而言具有重要作用。傳統(tǒng)水深的測(cè)定都是通過(guò)測(cè)探儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，還必須要結(jié)合潮位儀進(jìn)行測(cè)定，傳統(tǒng)的平面位置確定通常要使用經(jīng)外測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等無(wú)線電定位設(shè)備，一整套測(cè)量設(shè)備不僅繁重而且操作起來(lái)極其復(fù)雜，對(duì)于外界條件的要求也比較高，具備很大的局限性[2]。而利用實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)可以將潮位儀、測(cè)探儀、測(cè)距儀等儀器連接起來(lái)，形成一套完善的水下測(cè)繪系統(tǒng)，首先通過(guò)DGPS接收機(jī)將GPS衛(wèi)星信號(hào)接收進(jìn)來(lái)，然后接收差分基站的信號(hào)，之后通過(guò)對(duì)基臺(tái)的利用對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和校正，進(jìn)一步降低和修正測(cè)量誤差。

4.2 海上工程測(cè)量定位

后處理差分GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大比例尺的測(cè)繪，還可以進(jìn)行海上工程的測(cè)量定位，功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)差分基站的GPS接收機(jī)與船站的GPS接收機(jī)，這兩樣設(shè)備是不可缺少的，通過(guò)兩個(gè)站點(diǎn)的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)同衛(wèi)星組導(dǎo)航信號(hào)的同步測(cè)量，然后經(jīng)由基站的處理得到校正值，對(duì)測(cè)量后的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)修正。后處理差分GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)在技術(shù)要求上，需要差分基站與船站的當(dāng)天記錄和處理不得少于3個(gè)同衛(wèi)星信號(hào)與數(shù)據(jù)的接收，然后將所有信號(hào)與數(shù)據(jù)拷貝到同一臺(tái)計(jì)算機(jī)當(dāng)中進(jìn)行處理，之后，應(yīng)用后差分軟件進(jìn)行修正，同時(shí)，根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)法校正GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而得到精確的地理坐標(biāo)。近些年來(lái)，隨著我國(guó)資源短缺問(wèn)題的不斷深化，海洋資源開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)成為一個(gè)重要的能源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，海上工程也變得越來(lái)越多，因此，后處理差分GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用十分重要。

4.3 施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量

工程測(cè)量中的水準(zhǔn)測(cè)量是重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)都是在實(shí)地預(yù)測(cè)不嚴(yán)密的情況下進(jìn)行測(cè)量，這樣的測(cè)量結(jié)果具備一定的不準(zhǔn)確性，水準(zhǔn)點(diǎn)的距離普遍偏遠(yuǎn)一些，給施工帶來(lái)了較大的難度。在GPS測(cè)量技術(shù)的施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量指的是，應(yīng)用GPS接收機(jī)采集GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)，從而確定施工的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，其作業(yè)流程主要包括天線的安置、GPS接收機(jī)的運(yùn)用以及對(duì)觀測(cè)內(nèi)容進(jìn)行記錄等。需要根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)要求中的觀測(cè)計(jì)劃進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，以便更好地將進(jìn)程協(xié)調(diào)完成，提升外業(yè)觀測(cè)的整體效率，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，在一些大型公路工程測(cè)量工作中，就可以運(yùn)用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)量，通過(guò)衛(wèi)星同步照片了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛驳?，測(cè)量出施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。

4.4 地籍與房地產(chǎn)測(cè)繪

地籍與房地產(chǎn)測(cè)繪中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用主要是RTK技術(shù)的應(yīng)用，在分析GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理之后，可以將這些數(shù)據(jù)直接錄入到GIS系統(tǒng)當(dāng)中，從而獲取精準(zhǔn)的定位圖。如果地區(qū)處于衛(wèi)星遮蔽地帶，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位，可以利用一些測(cè)量?jī)x器通過(guò)圖解法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該地域的細(xì)致化測(cè)量，例如全站儀、經(jīng)緯儀等。在房地產(chǎn)測(cè)繪中，RTK技術(shù)主要應(yīng)用在地質(zhì)勘測(cè)上，RTK技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)界樁位置的精準(zhǔn)測(cè)定，還可以在勘測(cè)放樣、量算之后，將土地的使用范圍、使用面積等信息準(zhǔn)確測(cè)定出來(lái)[3]。另外，RTK技術(shù)還廣泛應(yīng)用于土地利用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不僅具備高精準(zhǔn)度的優(yōu)勢(shì)，還能夠節(jié)省成本，降低施工時(shí)間，對(duì)于土地利用情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)起著重要的基礎(chǔ)作用。endprint

4.5 橋梁、隧道工程測(cè)繪

隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁、隧道工程變得越來(lái)越多，但是由于橋梁、隧道工程建設(shè)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)具備很大的局限性，不僅容易被外界因素干擾，測(cè)量工作量與時(shí)間都無(wú)法得到保障，而且測(cè)量精度也相對(duì)較低。一般情況下，在大型橋梁工程中，工程跨越的地域面十分廣泛，很難實(shí)現(xiàn)兩岸通視，在一些大型隧道工程中，隧道的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，受地勢(shì)等因素的影響，隧道內(nèi)會(huì)存在一些彎道，也無(wú)法達(dá)到兩岸通視，這就為測(cè)量工作帶來(lái)了極大的不便，傳統(tǒng)測(cè)量方式很難實(shí)現(xiàn)有效測(cè)量。而GPS測(cè)量技術(shù)受外界因素干擾較小，精準(zhǔn)度較高，在橋梁、隧道工程的測(cè)繪中具備良好的應(yīng)用效果，能夠降低成本，提升工程的施工進(jìn)度，提高測(cè)量的精準(zhǔn)度。

4.6 形變工程測(cè)繪

在工程建設(shè)的過(guò)程中，工程變形問(wèn)題屬于比較常見(jiàn)的問(wèn)題，一般情況下，都是人為因素導(dǎo)致，一旦出現(xiàn)形變問(wèn)題，不僅會(huì)拖延施工進(jìn)度、提升施工成本，還有可能會(huì)出現(xiàn)安全事故，因此，形變控制是工程建設(shè)過(guò)程中的重要內(nèi)容。在工程測(cè)量中，形變測(cè)量是十分重要的，GPS測(cè)量技術(shù)的高測(cè)繪精度在形變測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)十分明顯，通過(guò)GPS測(cè)量技術(shù)獲取測(cè)量信息的分析，可以有效找到形變控制方法。例如，在水電站大壩建設(shè)的過(guò)程中，受到水負(fù)荷壓力的影響，很容易導(dǎo)致大壩出現(xiàn)形變，不利于大壩的正常運(yùn)行，這時(shí)，就可以利用GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)大壩進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，并且要連續(xù)性檢測(cè)，水電站的監(jiān)測(cè)人員選擇一個(gè)最佳的基準(zhǔn)站，然后在大壩變形區(qū)域內(nèi)選擇合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)并安裝GPS接收機(jī)，這樣就能實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但是需要注意的是，基準(zhǔn)站的建立必須要遠(yuǎn)離壩體。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)工程測(cè)量中GPS測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了深入探討，由于GPS技術(shù)具備較大的優(yōu)勢(shì)，因此，目前在工程測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用是十分廣泛的，GPS能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位與實(shí)時(shí)定位、全天候觀測(cè)，并且定位精度較高、操作起來(lái)十分簡(jiǎn)便，在眾多領(lǐng)域都有著重要作用。隨著工程建設(shè)項(xiàng)目的增多，工程測(cè)量中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，因此，必須要加強(qiáng)對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的研究，從而推動(dòng)我國(guó)工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。

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