基于GPS技術(shù)在建筑工程測量中應(yīng)用研究

田九玲

摘要：利用案例分析法，首先對GPS定位系統(tǒng)定位原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點進行介紹，選取測量區(qū)域，對GPS定位系統(tǒng)在建筑工程大比例尺地形圖測量中的應(yīng)用進行分析，其中主要包含的應(yīng)用內(nèi)容有實測方案，測量的范圍限制及GPS測量控制網(wǎng)的主要技術(shù)參數(shù)要求。通過以上內(nèi)容的描述，總結(jié)出GPS具有測量選點靈活，且實現(xiàn)了智能化、自動化測量，提升工作效率，進而產(chǎn)生經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng);大比例尺;地形圖;測量

中圖分類號：TUl98;P228.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）02-0111-04

0引言

GPS定位系統(tǒng)的研究起源于美國，主要應(yīng)用于軍事研究，而后新一代的定位系統(tǒng)建成，功能更加全面，主要涉及的領(lǐng)域是地形圖的測量。GPS定位系統(tǒng)是基于無線傳輸系統(tǒng)，借助衛(wèi)星導(dǎo)航儀開展的地形圖測量工作，其在應(yīng)用過程中具有速度快、自動化能力、地理測量坐標(biāo)準(zhǔn)確等特點，因此其在各個領(lǐng)域中得到應(yīng)用。本研究主要以其在建筑工程大比例尺地形圖測量中的應(yīng)用進行分析，結(jié)合案例分析法，闡述GPS定位系統(tǒng)的工作原理，同時對其控制網(wǎng)主要技術(shù)參數(shù)要求進行分析，以期為相關(guān)領(lǐng)域提供理論參考。

1GPS系統(tǒng)定位原理及測量特點分析

1.1 GPS系統(tǒng)定位原理

根據(jù)距離交回定點原理，實現(xiàn)GPS定位系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用，依據(jù)三顆及以上的衛(wèi)星系統(tǒng)，對位于待測點附近的GPD接受系統(tǒng)天線提供信號的傳輸，通過實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)嘲，計算得到待測點距離衛(wèi)星的距離，同時通過公式（1）可計算出三顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）。

GPS系統(tǒng)是將人造衛(wèi)星作為參考依據(jù)點，根據(jù)待檢測點的位置，運用數(shù)學(xué)幾何思維，通過GPS實際定位測量計算出待測點距離整個人造衛(wèi)星間的距離，從而實現(xiàn)幾何學(xué)上的三角測評。

1.2 GPS系統(tǒng)測量特點分析

根據(jù)實踐及系統(tǒng)使用經(jīng)驗分析看，GPS系統(tǒng)測量主要具有以下4個特點。

1）測量精度高。與常規(guī)測量相比，在基準(zhǔn)線50km以下時，其測量精準(zhǔn)度可以達到1×10^-6，隨著基準(zhǔn)線的逐步增大，其定位精度逐步提升-引。

2）側(cè)量基準(zhǔn)站可遠程對接。在測量過程中，不受到距離的限制，根據(jù)實際測量需要確定待測點，各測站之間無需通視，選點靈活方便。

3）觀測時間較短。GPS測量過程中每站測量過程中的靜態(tài)相對定位時間在20min，動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘即可實現(xiàn)。

4）儀器操作簡便，可進行全天候作業(yè)。GPS系統(tǒng)屬于信息化、自動化系統(tǒng)設(shè)計，在使用過程中只需進行簡單調(diào)試，保證數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性即可使用，對于開機后的參數(shù)進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定，以防數(shù)據(jù)測量精度不夠;此外，GPS系統(tǒng)衛(wèi)星分布均勻，由于可進行數(shù)據(jù)的自動檢測，因此測量工作效率高，不受天氣變化影響，可實現(xiàn)全天候檢測作業(yè)。

2GPS定位系統(tǒng)在大比例地形圖測量中應(yīng)用及技術(shù)實現(xiàn)

2.1測量控制應(yīng)用

導(dǎo)線測量隨著GPS系統(tǒng)測量的出現(xiàn)而逐漸退出歷史舞臺，同時導(dǎo)線測量也已經(jīng)不能滿足大比例地形圖測量的標(biāo)準(zhǔn)，因此GPS系統(tǒng)測量將逐步成為建筑工程大比例尺地形圖測量中主要應(yīng)用技術(shù)。從GPS系統(tǒng)靜態(tài)測量過程中具備的特點及優(yōu)勢分析看，GPS系統(tǒng)在作業(yè)的過程中無需通視，增加了測量工作開展的靈活性，通視可以有效的提升測量的精準(zhǔn)度。對于靜態(tài)的測量控制來說，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理存在一定缺點，往往會由于測量控制過程難以把控，導(dǎo)致重復(fù)測量，使得數(shù)據(jù)精度缺失，因此在測量控制應(yīng)用過程中，應(yīng)保證定位結(jié)果的精度，力爭測量成功率。

2.2建筑工程大比例尺地形圖中像控點測量應(yīng)用

像控點的測量與GPS測量技術(shù)之間是相輔相成的，且聯(lián)系緊密，在應(yīng)用過程中，應(yīng)首先選擇完成像控點的測量位置，通過架設(shè)控制點坐標(biāo)，實現(xiàn)交會點處的全面測量。另外，由于在建筑工程大比例尺地形圖測量過程中存在不易測量的點，因此應(yīng)緊密結(jié)合像控點測量的準(zhǔn)確獲取渠道，根據(jù)像控點測量的優(yōu)勢，及時分析對控制點的逐級測量標(biāo)準(zhǔn)化控制，能夠根據(jù)像控點位置的確定，縮短作業(yè)周期，提升GPS系統(tǒng)測量的效率。

此外，在建筑工程大比例尺地形圖測量中的建筑物規(guī)劃、用地測量及小方位的調(diào)控技術(shù)中，應(yīng)從宏觀和微觀上分析GPS技術(shù)應(yīng)用及實現(xiàn)的理論，同時確立界址點的坐標(biāo)及位置，促進大比例地形圖測量過程中的相互整合圖層的形式規(guī)范化。融人數(shù)字化、自動化測量技術(shù)，根據(jù)三維坐標(biāo)的獲取理論能夠在地形的勘察及有效調(diào)控過程中融入數(shù)據(jù)結(jié)合理論。

3應(yīng)用案例分析

選取某地區(qū)比例尺為1：1000的地形圖，首先進行首級控制點的布選，布設(shè)E級GPS控制網(wǎng)，其精度及誤差控制在10mm以下，同時比例誤差控制在20mm以下，都符合測量規(guī)范的要求。其次，對整個待測區(qū)域進行實地勘察，在E級測量控制網(wǎng)中，由3個待測點和2個已知點組成，且均以代號“GE”開頭。以靜態(tài)引入的方法，實現(xiàn)3個待測點的GPS測量，架設(shè)基站架，對以前的觀察點進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，每次搬站的過程應(yīng)符合規(guī)范要求。此案例的外業(yè)觀測等級標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)如表1所示。

依據(jù)測量的結(jié)果準(zhǔn)確填寫統(tǒng)計信息，確保測量的準(zhǔn)確度，最后選取中數(shù)使用，確保天線高紀(jì)錄的一次性統(tǒng)計，不可進行修改。

數(shù)據(jù)測量觀察過程中的準(zhǔn)確度及其控制措施如下：為確保GPS數(shù)據(jù)測量及統(tǒng)計準(zhǔn)確度，對于各項參數(shù)的限差進行規(guī)范化分析，衛(wèi)星高度角在一級等級范圍內(nèi)應(yīng)大于等于15，且二級同上。有效觀測衛(wèi)星數(shù)在一級設(shè)置為大于等于5，二級設(shè)置為大于等于5;平均重復(fù)設(shè)置站數(shù)和時段的長度，在等級一和等級二中相等，數(shù)據(jù)采集的時間段為10min以上，60min以下。觀測的過程中應(yīng)認(rèn)真，且維持兩次測量，確保數(shù)據(jù)測量的精度符合規(guī)范要求。在基線解算及使用GPS接收機測量的過程中應(yīng)使用商用軟件，測算得出GPS網(wǎng)相鄰點弦長精度不超過9.0ppm，環(huán)線全長相對閉合差不能超過15.0ppm。

4GPS測量定位技術(shù)精度、可靠度分析

通常，廠家提供的GPS系統(tǒng)定位設(shè)備只能夠應(yīng)用到一般性質(zhì)的作業(yè)單位中，$80 GPS RTK型號定位系統(tǒng)應(yīng)用較多，從測量的精度上分析，一般包含有平面和高程精度，精度值分別可達到2cm+lppm、5cm+lppm。建筑工程大比例尺地形圖測量中，衛(wèi)星運行周期狀態(tài)、測量施工周邊環(huán)境等的影響較大，使得GPS測量只是在一個較為理想化的狀態(tài)下進行實施，由于GPS的作業(yè)狀態(tài)分布及所能夠滿足的RTK級別控制測量技術(shù)理論等，對測繪地形圖中的相關(guān)精度級別和實際工程體系的應(yīng)用進行合理化的驗證分析，為此選定了本研究案例中的某項目以1：500的地形圖為主要測繪比例，并開展了測繪成果的檢驗檢測及評估。

4.1控制點測量精度的驗證分析

為了能夠通過GPS有效額的實現(xiàn)測量點位的精度驗證分析，以2級全站儀為主要導(dǎo)線技術(shù)研究實施設(shè)備，選取其中8個側(cè)位點進行數(shù)據(jù)的測量及收集，針對測量同一位置下的已知控制點位，選擇使用GPS-RTK測量技術(shù)，實現(xiàn)雙基準(zhǔn)站法的高效應(yīng)用。在大比例尺地形圖的測量環(huán)節(jié)中，可選擇使用流動站系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)中觀測時間少lmin，要對地位坐標(biāo)進行測量穩(wěn)定性分析，針對控制點位的測量標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的有效記錄，記錄過程中次數(shù)應(yīng)少于4次，并取平均值，以實現(xiàn)坐標(biāo)控制點的合理應(yīng)用。針對不同種地形圖測量方式，每種測量方式中的各個控制點的坐標(biāo)如表2所示。

從上述統(tǒng)計對比分析表中數(shù)據(jù)可看出，由于測量過程中的平面精度需求相對較高，且精度的測量要符合一級導(dǎo)線的實施要求，因此在高程精度的水準(zhǔn)測量要求中，要基于雙基準(zhǔn)站的測量應(yīng)用方法，以利于流程性的隨機變化為主，對RTK的檢測結(jié)果進行偶人性誤差分析，以有利于消除對基準(zhǔn)站中自身誤差動態(tài)測量點的系統(tǒng)化影響，從而提升GPS RTK的動態(tài)測量點的精準(zhǔn)性。雙基準(zhǔn)站法的應(yīng)用過程中，依據(jù)對流層中的延遲效應(yīng)，可通過GPS-RTK技術(shù)的隨機變化性，大大提高GPS測量技術(shù)的應(yīng)用精度。

4.2碎步點測量精度分析

在碎步點測量技術(shù)應(yīng)用中，測量精度要求與城市空曠區(qū)域衛(wèi)星高度相關(guān)，測量方法應(yīng)依據(jù)建筑工程中構(gòu)筑物的密集程度不同進行選擇，可分為全站儀和無支點測量。同時，測量技術(shù)基本需求條件下，按照碎步點的抽取方式和布點原則，需要對GPS-RTK中高程測量進行重點抽查，點位抽查數(shù)應(yīng)設(shè)置為200，各區(qū)域的抽查統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，現(xiàn)場施工技術(shù)人員對于測量的信息反饋中，RTK技術(shù)對于城市的空曠區(qū)域中的地形圖測量能夠充分的發(fā)揮定位的優(yōu)勢，而在建筑物碎密集但是無高大建筑物的區(qū)域?qū)τ诮邮諜C中中桿進行加高后，可以避免劣勢放大化，也可以發(fā)揮定位的優(yōu)勢。

4.3地形圖測量質(zhì)量的檢測與控制分析

在本次測繪測量的過程中，應(yīng)充分的結(jié)合GPS-RTK測量技術(shù)，將測繪工作過程中的相關(guān)任務(wù)系統(tǒng)進行分析，可分為4個不同的任務(wù)小組，然后依據(jù)小組內(nèi)的任務(wù)集合，在測量區(qū)域內(nèi)進行平行關(guān)系的測量，并以測量相遇過程中的推進距離，一般設(shè)置為200m，考察和檢驗3種測量方法的效果。當(dāng)?shù)匦螆D中的地形、地貌重合度較大時，地物特征之間的點位誤差相對較大，地物點的誤差和高程中的誤差一般用以下公式（2）計算。

5提高GPS測量精確度的基本方法

首先，對于城市空曠區(qū)域，對在建的建筑工程進行大比例尺地形圖的測量過程中，對于能夠充分的滿足GPS接收機數(shù)據(jù)采集要求的相關(guān)區(qū)域，利用GPS技術(shù)進行快速的完成碎步測量控制作業(yè);但是在建筑物相對密集的區(qū)域，或者樹林密集的區(qū)域，會導(dǎo)致GPS技術(shù)應(yīng)用過程中的初始化速度大大降低，不僅會影響到采集到的圖根點無法實現(xiàn)野外作業(yè)，同時全站儀測量GPS不能夠作用于基本的測區(qū)范圍。其次，GPS測量技術(shù)在應(yīng)用的過程中，針對圖根控制點的測量過程，應(yīng)充分考慮GPS高程的測量技術(shù)控制質(zhì)量，同時，由于外業(yè)測量技術(shù)實施的過程中，不同的觀測條件下碎步點的控制測量質(zhì)量要求相對較低，因此在已知高程的校核過程中，應(yīng)采取科學(xué)合理的處理方式，以滿足GPS測量技術(shù)對精確度的要求。再者，對于不同型號的GPS地形數(shù)據(jù)測量產(chǎn)品或者設(shè)備來說，GPS信號會受到一定程度的影響，因此在使用的過程中容易造成初始化，這樣會大大降低地形圖中數(shù)據(jù)測量的精度，同時也會降低整個地形圖測量過程中的生產(chǎn)效率。

6結(jié)語

綜上所述，GPS技術(shù)測量的過程中具有眾多優(yōu)勢，是目前建筑工程大比例尺地形圖測量中應(yīng)用最多的技術(shù)類型，同時由于GPS接收機智能化和數(shù)字化技術(shù)的實現(xiàn)，其觀測質(zhì)量主要受到衛(wèi)星空間分布與衛(wèi)星信號質(zhì)量的影響。隨著GPS、GIS和Rs等技術(shù)的開發(fā)與融合，GPS技術(shù)在建筑工程大比例尺地形圖測量中應(yīng)用將更為寬廣。