GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

李城?杜鳳雨

摘要：為了不斷提高GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用水平，為工程質(zhì)量提供保障，要不斷完善GPS測(cè)繪技術(shù)，掌握GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，找出應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題并加以解決，最終提高GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用水平，并最終促進(jìn)工程測(cè)繪效率和質(zhì)量的不斷提高。

關(guān)鍵詞：GPS測(cè)量技術(shù);工程測(cè)量;應(yīng)用

一、 引言

GPS測(cè)繪技術(shù)打破了傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)操作復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、精度低等缺點(diǎn)。以高效率、高精度、操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短等特點(diǎn)在測(cè)繪工程中得到大力應(yīng)用，而且未來(lái)的發(fā)展前景也很廣闊。

二、 GPS定位的基本原理

用GPS系統(tǒng)測(cè)量的衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，是根據(jù)衛(wèi)星向地面發(fā)射的電磁波信號(hào)發(fā)射后再反射回衛(wèi)星的時(shí)間來(lái)計(jì)算的。電磁波信號(hào)加載鋇“距離代碼。由于測(cè)距規(guī)范的不足，測(cè)距精度不高，不能直接應(yīng)用于某些測(cè)量精度較高的領(lǐng)域。因此，被測(cè)信號(hào)直接變成載波。載體本身具有很多長(zhǎng)處，最重要的是波長(zhǎng)短、距離精度高。

GPS定位的基本原理是利用空間后距相交的方法測(cè)量待定點(diǎn)的坐標(biāo)，具體地說(shuō)，至少有4顆衛(wèi)星同時(shí)在發(fā)射載波信號(hào)，根據(jù)載波信號(hào)反射回衛(wèi)星的時(shí)間t，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星到待測(cè)點(diǎn)的距離S=c*t/2，衛(wèi)星在某一時(shí)刻的具體位置的三維坐標(biāo)可以通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航報(bào)文得到。此時(shí)，可以根據(jù)四顆衛(wèi)星與待測(cè)點(diǎn)之間的距離獲得待測(cè)點(diǎn)的位置。

根據(jù)測(cè)量類型的不同，GPS定位可以分為幾種，分別是絕對(duì)定位、靜態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位。每種定位方法的目的也是不同的。

（一）絕對(duì)定位也是所謂的單點(diǎn)定位。通過(guò)對(duì)被測(cè)點(diǎn)的直接測(cè)量，可以通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)獲得距離，直接測(cè)量點(diǎn)的絕對(duì)地心坐標(biāo)，數(shù)據(jù)的形式主要是地球的經(jīng)緯度，在工程測(cè)量中很少使用。

（二）靜態(tài)相對(duì)定位是指使用至少兩個(gè)接收器進(jìn)行測(cè)量，并使用微分法獲得被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。該方法在工程測(cè)量中應(yīng)用廣泛，測(cè)量精度高，以毫米為單位的點(diǎn)精度

（三）動(dòng)態(tài)相對(duì)定位就是所謂的GPS-RTK測(cè)量，主要是設(shè)置一個(gè)參考站和一個(gè)移動(dòng)站，參考站和移動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)是以站差和星間差二次差的形式獲得的。這種方法使用簡(jiǎn)單，測(cè)量效率高，但精度低，只能達(dá)到厘米水平。

三、 工程測(cè)量中的GPS測(cè)量技術(shù)

（一）外業(yè)測(cè)量

野外測(cè)量是工程測(cè)量中的一項(xiàng)重要測(cè)量工作。合理的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量將提高工程質(zhì)量。將GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于外業(yè)測(cè)量時(shí)，首先要制定合理的外業(yè)測(cè)量計(jì)劃。在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，首先要確定GPS衛(wèi)星在測(cè)量區(qū)域的能見(jiàn)度，規(guī)劃詳細(xì)的測(cè)量區(qū)域，然后對(duì)衛(wèi)星的觀測(cè)分辨率和圖形強(qiáng)度進(jìn)行分析。最后要保證良好的觀測(cè)時(shí)間，以能見(jiàn)度最大的時(shí)間段作為觀測(cè)時(shí)間段。在全球定位系統(tǒng)測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中，接收天線的安裝和方向應(yīng)嚴(yán)格按照操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，觀察應(yīng)詳細(xì)記錄，并當(dāng)場(chǎng)仔細(xì)檢查。所有觀察工作完成后，應(yīng)進(jìn)行錯(cuò)誤處理工作，分別分析系統(tǒng)錯(cuò)誤和意外錯(cuò)誤，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行誤差處理。

（二）工程變形程度測(cè)量

項(xiàng)目會(huì)變形，如果變形程度太大，很容易發(fā)生危險(xiǎn)，而且大多數(shù)項(xiàng)目通?？拷≌玫?，如果工程處于危險(xiǎn)之中，將對(duì)人們的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的測(cè)量工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，應(yīng)用GPS技術(shù)可以通過(guò)自動(dòng)測(cè)量手段進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并且可以穩(wěn)定地保證測(cè)量精度和準(zhǔn)確度。通過(guò)GPS技術(shù)測(cè)量，可以定期測(cè)量不同日期和時(shí)間段的工程變形，從而得到工程變形數(shù)據(jù)的規(guī)律。

（三）數(shù)據(jù)分析

GPS測(cè)量系統(tǒng)具有內(nèi)置的數(shù)據(jù)過(guò)濾功能和計(jì)算功能。數(shù)據(jù)輸入后，可以進(jìn)行初步數(shù)據(jù)過(guò)濾等自動(dòng)處理，并進(jìn)行精確的調(diào)整計(jì)算，它還可以方便地將GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際工程應(yīng)用的坐標(biāo)系進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換，更容易獲得工程所需的各種數(shù)據(jù)。但應(yīng)注意應(yīng)用GPS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，掌握各種功能的應(yīng)用和對(duì)數(shù)量上誤差的理解，以實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

（四）GPS網(wǎng)平差

即使是GPS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程也需要一定的基準(zhǔn)。GPS網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)主要由位置、方向和比例尺基準(zhǔn)組成。最后通過(guò)計(jì)算GPS網(wǎng)的整體平差確定GPS網(wǎng)基準(zhǔn)。通常，全球定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是二維約束網(wǎng)絡(luò)平差，即根據(jù)基線計(jì)算的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為特定參考系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的特征，從而獲得指定點(diǎn)的坐標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)調(diào)整前應(yīng)特別注意，方向和邊長(zhǎng)的起點(diǎn)應(yīng)整合到計(jì)算過(guò)程中。并經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，驗(yàn)證了最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

四、 GPS在大型橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用

（一）工程介紹

該GPS技術(shù)應(yīng)用測(cè)量的橋梁總長(zhǎng)度為8206m。主塔的高度和長(zhǎng)度分別為306m和580m。主孔跨度達(dá)1088m，為大型橋梁工程。橋梁所處的地形和周圍的自然條件是復(fù)雜的。由于橋梁所處位置大風(fēng)現(xiàn)象的頻繁發(fā)生和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，常規(guī)的轉(zhuǎn)角測(cè)量方法無(wú)法完成橋梁測(cè)量。因此，主要利用GPS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種測(cè)量控制。

（二）選點(diǎn)布網(wǎng)

在GPS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，選點(diǎn)是影響整個(gè)配電網(wǎng)的重要關(guān)鍵點(diǎn)。由于全球定位系統(tǒng)技術(shù)中不需要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的互通，所以只需要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需要選擇和分配網(wǎng)絡(luò)。因此，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，減少了傳輸點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)等的測(cè)量工作，節(jié)省了測(cè)量時(shí)間。在選點(diǎn)的過(guò)程中，最重要的是保證選點(diǎn)能夠滿足工程要求，同時(shí)，它可以方便接收器的安裝和操作，并保證后期施工的正常發(fā)展。

（三）外業(yè)觀測(cè)

本工程根據(jù)GPS技術(shù)和工程要求，主要設(shè)置18個(gè)點(diǎn)，共相應(yīng)設(shè)置22個(gè)觀測(cè)墩。為了有效地收集橋梁數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)觀測(cè)由8個(gè)GPS接收器完成。為了保證最終采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行觀察并滿足一定的觀測(cè)條件。每15秒進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集數(shù)據(jù)中滿足以下條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。也就是說(shuō)，在采集過(guò)程中，有效衛(wèi)星的數(shù)量超過(guò)6顆，高度截止角的數(shù)量不小于15°。

（四）數(shù)據(jù)平差計(jì)算

通過(guò)三維無(wú)約束平差的計(jì)算，最終基線向量X、Y、Z的校正數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)差低3倍，這可以確定這次野外觀測(cè)的整體質(zhì)量較好。之后，通過(guò)二維約束平差的計(jì)算，我們可以發(fā)現(xiàn)基線向量校正數(shù)及其二維無(wú)約束平差結(jié)果基線校正數(shù)小于其標(biāo)準(zhǔn)差。

（五）精度指標(biāo)的分析

在分析GPS網(wǎng)的坐標(biāo)時(shí)，將WUHNGPS跟蹤點(diǎn)作為GPS網(wǎng)的固定點(diǎn)，然后通過(guò)計(jì)算基線來(lái)確定最終結(jié)果和坐標(biāo)。根據(jù)跟蹤點(diǎn)建立的地心坐標(biāo)系中X、Y、Z矢量的坐標(biāo)分別為2267749.3365m、5009154.2898m和3221290.6629m。網(wǎng)絡(luò)調(diào)整后，點(diǎn)位誤差僅為0.64。

五、 結(jié)語(yǔ)

水利水電工程必須保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，直接關(guān)系到工程的穩(wěn)定性和竣工效率。因此，應(yīng)通過(guò)GPS測(cè)量技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)來(lái)優(yōu)化水利水電工程的測(cè)量。GPS測(cè)量技術(shù)具有觀測(cè)周期短、精度高、處理智能化、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)整個(gè)工程具有很大的推動(dòng)作用。本文對(duì)GPS技術(shù)進(jìn)行了概述，并分析了其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和具體應(yīng)用方法，希望能對(duì)讀者有所啟發(fā)。

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