工程測量中GPS技術(shù)的應(yīng)用及精度分析

來慶廣 楊立瑩

青島地質(zhì)工程勘察院，中國·山東 青島 266000

GPS 技術(shù)；工程測量；精確度

1 引言

工程測量工作的精準(zhǔn)性，對(duì)于工程設(shè)計(jì)工作的合理性以及工程施工的科學(xué)性都起到促進(jìn)作用。而利用現(xiàn)在最為先進(jìn)的GPS 技術(shù)，能夠極大程度上提高工程測量定位的精度，從而提高工程建設(shè)質(zhì)量。但是，GPS 技術(shù)新型技術(shù)，也有受到影響的時(shí)候，自身設(shè)備的內(nèi)在因素以及外部影響因素，都會(huì)導(dǎo)致GPS 技術(shù)的測量有失準(zhǔn)度。所以，研究GPS 技術(shù)的精準(zhǔn)度非常關(guān)鍵。

2 GPS 技術(shù)的簡要介紹

GPS 就全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，主要分為地面控制環(huán)節(jié)、空間控制環(huán)節(jié)以及用戶裝置環(huán)節(jié)三部分組成。而通過三個(gè)工作環(huán)節(jié)的處理能夠?yàn)槭褂谜咛峁┓浅＞珳?zhǔn)的三維地理信息。在GPS 工作過程中，地面控制工作部分有主控站、地面天線、監(jiān)測站以及通訊系統(tǒng)。而空間控制工作環(huán)節(jié)則主要包括人造衛(wèi)星。地球衛(wèi)星是GPS 技術(shù)實(shí)施的重要裝置，通過27 顆衛(wèi)星將地球的重要地理位置全都覆蓋進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)實(shí)施的無死角。新型的GPS 技術(shù)，具有全時(shí)段、全世界覆蓋以及高精度的特點(diǎn)，由于定位工作對(duì)于很多重要的領(lǐng)域都非常重要，所以，GPS技術(shù)在生活中的領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛。如軍事領(lǐng)域、汽車導(dǎo)航領(lǐng)域、地質(zhì)勘測領(lǐng)域以及工程測繪領(lǐng)域。尤其是工程測量領(lǐng)域，GPS 技術(shù)的應(yīng)用很大程度上提高了工程測量工作的精準(zhǔn)性，從而提升了工程施工的質(zhì)量。目前，在建筑工程測量、公路施工測量以及礦山和水利工程測量中，都使用了GPS 技術(shù)。

3 GPS 技術(shù)在工程測量當(dāng)中的應(yīng)用

3.1 GPS 技術(shù)應(yīng)用在建筑工程測量中

在建筑工程施工中，測量工作非常重要，測量精準(zhǔn)性對(duì)于建筑物的質(zhì)量有著直接的關(guān)系。而GPS 技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析。首先，在建筑工程測量中要選擇合理的測量位置，在選擇測量位置的過程中要以GPS 技術(shù)良好使用為主要目標(biāo)。選擇在地域開闊、環(huán)境比較簡單的位置使用GPS 系統(tǒng)，這樣的位置可以使衛(wèi)星信號(hào)更好地進(jìn)行接收，方便GPS 系統(tǒng)使用。一般情況下，測量位置的選擇要保證障礙物高度角不能大于15 度。另外，由于GPS 技術(shù)要接收和發(fā)送電子信號(hào)，所以在選擇測量位置的過程中也不應(yīng)該選擇距離無限電發(fā)射位置較近的區(qū)域，這樣防止GPS 系統(tǒng)在工作的過程中受到其他外界電磁波的干擾。一般情況，應(yīng)該保證GPS 測量位置與最近電信號(hào)設(shè)備位置保持在300 米以上的距離。

其次，GPS 技術(shù)也可以應(yīng)用到建筑工程施工放樣的階段。施工放樣階段是建筑工程施工測量中非常重要的組成部分。而傳統(tǒng)的施工放樣工作非常復(fù)雜、緩慢，影響到了建筑工程施工放樣的效率。而應(yīng)用到新型的GPS 技術(shù)能夠有效地提升工程施工放樣的效率，提升施工放樣的精準(zhǔn)性。

最后，在建筑工程測量工作中，使用GPS 技術(shù)之后要對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的保存，將GPS 技術(shù)初始數(shù)據(jù)、使用時(shí)間和測量數(shù)據(jù)等進(jìn)行分類保存，在使用的過程中可以充分的利用。

3.2 GPS 技術(shù)應(yīng)用在公路工程測量中

GPS 技術(shù)還可以應(yīng)用到公路工程測量工作中。隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國的公路建設(shè)也隨之發(fā)展，城市公路、國家公路、高速公路等，公路形式多種多樣，公路質(zhì)量要求也越來越高。所以，更要求公路施工過程中要有精準(zhǔn)的測量。而在公路工程中，GPS 技術(shù)可以有效地提高工程測量的精準(zhǔn)性。通過GPS 技術(shù)的應(yīng)用可以加強(qiáng)公路設(shè)計(jì)監(jiān)控網(wǎng)，使用動(dòng)態(tài)處理以及靜態(tài)處理兩種方法進(jìn)行公路測量工作，從而提高公路工程測量的施工質(zhì)量。

3.3 GPS 技術(shù)應(yīng)用在礦山工程測量中

在工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的過程中，離不開礦產(chǎn)資源的開發(fā)和使用，而對(duì)于礦山工程而言，測量工作也十分重要。通過對(duì)GPS 技術(shù)的使用能夠在礦山工程施工之前對(duì)礦山地質(zhì)進(jìn)行測量，也可以通過GPS 技術(shù)做好坐標(biāo)放樣工作，利用GPS技術(shù)可以提高礦山工程測量工作的精準(zhǔn)性。

4 影響GPS 技術(shù)在工程測量中精度的主要因素

4.1 內(nèi)部因素

GPS 技術(shù)由地面控制部分、空間部分以及使用者三部分組成，三部分由很多相關(guān)設(shè)備共同組成。GPS 技術(shù)的技術(shù)使用和設(shè)備工作都是非常復(fù)雜的過程。導(dǎo)致GPS 系統(tǒng)內(nèi)部的因素對(duì)于GPS 測量功能的精準(zhǔn)性影響很大，通過分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，影響到GPS 技術(shù)測量工作精準(zhǔn)性的主要內(nèi)部因素有以下三個(gè)方面；第一，GPS 技術(shù)衛(wèi)星對(duì)測量工作的精準(zhǔn)性產(chǎn)生了影響。在GPS 系統(tǒng)進(jìn)行工作的過程中，衛(wèi)星定位工作對(duì)于GPS 測量有非常關(guān)鍵的作用，所有的測量數(shù)據(jù)都要通過衛(wèi)星傳遞給使用者，而在衛(wèi)星工作過程中很可能會(huì)由于衛(wèi)星星歷測量結(jié)果導(dǎo)致異常，星歷測量結(jié)果與實(shí)際測量有出入，這樣就會(huì)使使用者的測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性出現(xiàn)誤差。第二，地面控制部分的接受裝置也會(huì)對(duì)GPS 技術(shù)測量精準(zhǔn)性造成一定的影響。在GPS系統(tǒng)接受設(shè)備進(jìn)行工作時(shí)，信號(hào)接受中心位置會(huì)受到信號(hào)強(qiáng)度和方向的影響產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致GPS 技術(shù)測量工作精度失準(zhǔn)。第三，在GPS 技術(shù)進(jìn)行工程測量時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)傳播質(zhì)量也是影響測量精度度的因素之一。衛(wèi)星信號(hào)的傳播過程中要經(jīng)過大氣層、電離層等多種介質(zhì)，不同的介質(zhì)對(duì)與信號(hào)傳播有不同的影響，而這些介質(zhì)或多或少會(huì)影響到衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，影響到衛(wèi)星數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，從而造成測量數(shù)據(jù)差異[1]。

4.2 外部因素

GPS 技術(shù)的使用不僅受到自身內(nèi)部設(shè)備的影響，同時(shí)也會(huì)受到一些外部因素的影響。第一，測量位置的選擇。在工程測量工作中，測量位置的選擇十分關(guān)鍵。而使用GPS技術(shù)的過程中，也要合理的使用選擇測量和使用位置。但是，由于工程的復(fù)雜性特點(diǎn)，很多工程都要建設(shè)在環(huán)境惡劣的地區(qū)，如山區(qū)和峽谷地帶，在這些地區(qū)進(jìn)行測量工作時(shí)，想找到開闊的地理位置非常不易，所以地理環(huán)境很容易造成GPS技術(shù)測量工作的精準(zhǔn)度下降。第二，公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測量因素。在進(jìn)行測量的過程中，公共幾何點(diǎn)水準(zhǔn)測量將會(huì)影響到GPS 技術(shù)測量精準(zhǔn)性。由于GPS 技術(shù)測量中對(duì)大地高程測量數(shù)據(jù)與公共幾何點(diǎn)測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異，導(dǎo)致GPS 技術(shù)測量出現(xiàn)問題。最后，影響到GPS 工程測量精度的外部因素還有可能是操作人員使用實(shí)物、GPS 設(shè)備出現(xiàn)損壞或者參數(shù)不合理等現(xiàn)象[2]。

5 提高GPS 技術(shù)工程測量精度的有效辦法

GPS 技術(shù)在工作過程中受到內(nèi)部因素和外部因素等多方面的影響，導(dǎo)致工程測量出現(xiàn)偏差。所以，針對(duì)GPS 技術(shù)測量中影響精度的相關(guān)因素，可以采取以下措施提高GPS 技術(shù)工程測量精度：

首先，在GPS 技術(shù)使用過程中，要建立科學(xué)的高程擬合數(shù)學(xué)模型，高程擬合數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的合理性，能夠有效地提升GPS 技術(shù)測量精度。在進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的過程中，可以采用平面擬合方法以及二次曲面方法進(jìn)行實(shí)際數(shù)學(xué)計(jì)算，采用兩種方法結(jié)合的計(jì)算方式，能夠讓GPS 技術(shù)高程擬合數(shù)學(xué)模型構(gòu)建更加合理，提升計(jì)算精準(zhǔn)性，從而提升測量的有效精準(zhǔn)性。

其次，針對(duì)接收設(shè)備因素問題，可以采用精度更高的GPS 系統(tǒng)接收裝置。更高精度的GPS 衛(wèi)星信號(hào)接收儀器，比傳統(tǒng)的接收裝置更加精準(zhǔn)并且抗干擾性更強(qiáng)，在更多復(fù)雜的測量環(huán)境中可以使接受信號(hào)的質(zhì)量得到有效的提升，從而保證了接受設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，讓測量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確[3]。

最后，還可以采用修正電離層誤差的方法，提升GPS 技術(shù)測量工作的精準(zhǔn)度。在衛(wèi)星信號(hào)的傳輸過程中，要經(jīng)過大氣電離層、大氣電力層內(nèi)對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行折射和反射，很大程度上降低了信號(hào)的質(zhì)量，使傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異。所以，針對(duì)這一點(diǎn)問題可以采用以下三種方式進(jìn)行解決：（1）可以采用多頻觀測的方法，使用這樣方法，是利用多種頻道不同的計(jì)算方法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，通過對(duì)結(jié)果的統(tǒng)一處理而提高測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。（2）在進(jìn)行GPS 技術(shù)測量中，要使用合理的電離層模型。進(jìn)行電力層模型模擬計(jì)算，得到相應(yīng)的數(shù)值，通過與實(shí)際數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，從而得到精準(zhǔn)的結(jié)果。（3）可以使用同步觀察法進(jìn)行測量。在進(jìn)行測量工作中，利用不同的GPS 設(shè)備進(jìn)行測量工作，分別將每個(gè)GPS 設(shè)備的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)對(duì)比，并通過最后的計(jì)算和分析得到最精準(zhǔn)的結(jié)果。

6 結(jié)語

GPS 技術(shù)是現(xiàn)代最先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)，在工程測量當(dāng)中的應(yīng)用可以有效地提高工程測量的精準(zhǔn)性。而針對(duì)影響GPS技術(shù)測量精準(zhǔn)性的因素，本文提出了合理構(gòu)建高程擬合數(shù)學(xué)模型、使用高精度設(shè)備以及修正電力層誤差三種方法提高測量精準(zhǔn)性，希望能夠?qū)PS 在工程測量當(dāng)中的精準(zhǔn)性提高有所幫助。