工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用研究

張樂(lè)

【摘要】本文將圍繞GPS測(cè)繪技術(shù)的工作原理與特點(diǎn)進(jìn)行分析討論，并提出其在工程測(cè)繪當(dāng)中的具體應(yīng)用，以此充分發(fā)揮GPS測(cè)繪技術(shù)精確度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，確保測(cè)繪結(jié)果的真實(shí)、有效，并為相關(guān)問(wèn)題提供切實(shí)可行的參考數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】工程測(cè)繪;GPS測(cè)繪技術(shù);全球定位系統(tǒng)? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.083

GPS測(cè)繪技術(shù)不僅能夠準(zhǔn)確獲取空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)，還能保證測(cè)繪過(guò)程具有較高的穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)通視、全天候的監(jiān)測(cè)，確保測(cè)繪效果的最大化呈現(xiàn)，為了進(jìn)一步明確該技術(shù)在工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用，首先要對(duì)其工作原理進(jìn)行深入了解。

1、GPS測(cè)繪技術(shù)探究

1.1原理

GPS又稱(chēng)全球定位系統(tǒng)，以人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，能夠準(zhǔn)確提供全球范圍內(nèi)的地理位置與時(shí)間信息。GPS的空間部分共有24顆GPS衛(wèi)星，其中21顆負(fù)責(zé)衛(wèi)星導(dǎo)航，剩余3顆作為備用衛(wèi)星。所有衛(wèi)星都能夠發(fā)出定位導(dǎo)航信號(hào)，使用戶根據(jù)相關(guān)信息完成指定工作，而在控制部分則由多個(gè)跟蹤站組成，根據(jù)實(shí)際功能的不同，可細(xì)分為：主控站，能夠依照各監(jiān)控站獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算，得出衛(wèi)星的具體星歷以及修正參數(shù)，之后將相關(guān)信息發(fā)送到衛(wèi)星當(dāng)中;監(jiān)控站，主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星信號(hào)的接收，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài);注入站，主要功能是將衛(wèi)星星歷、修正參數(shù)等數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星當(dāng)中。而GPS的用戶部分大多由處理軟件、接收設(shè)備、計(jì)算機(jī)氣象儀所組成，負(fù)責(zé)GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)接收，并利用相關(guān)信息進(jìn)行導(dǎo)航、定位工作。以上三部分有機(jī)協(xié)調(diào)后所組成的系統(tǒng)即為GPS系統(tǒng)。

1.2特點(diǎn)

GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)可分為以下四點(diǎn)：第一，作業(yè)范圍廣，該技術(shù)的能夠依靠極強(qiáng)的定位能力完成超遠(yuǎn)距離的定位與導(dǎo)航，以往的測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量方面具有一定的局限性，難以一次性完成大跨度的測(cè)量工作，通常需要多次檢測(cè)才能保證數(shù)據(jù)具有較高的精確性，但也難免會(huì)造成誤差的不斷累積，最終影響定位效果。而GPS測(cè)繪技術(shù)則可有效解決此類(lèi)問(wèn)題，即使對(duì)于距離較長(zhǎng)的工程測(cè)量，也只需十幾分鐘便可完成靜態(tài)測(cè)量定位工作，而在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)GPS測(cè)繪技術(shù)也能夠憑借高效率的數(shù)字化啟動(dòng)，大幅節(jié)省工作時(shí)間，提升檢測(cè)效率，切實(shí)消除誤差傳遞現(xiàn)象，有效保障整體測(cè)繪成果;第二，精確度高，GPS系統(tǒng)所獲取的相應(yīng)數(shù)據(jù)都是通過(guò)專(zhuān)門(mén)程序計(jì)算得到的，尤其是在靜態(tài)測(cè)量方面，甚至可達(dá)到亞毫米的精度級(jí)別，而在動(dòng)態(tài)定位方面，也能保證厘米級(jí)別的測(cè)量精度。由此可看出，GPS測(cè)繪技術(shù)能夠憑借極高的定位精準(zhǔn)性，滿足不同領(lǐng)域的各種測(cè)量需求;第三，操作便捷，該技術(shù)是通過(guò)接收衛(wèi)星與定位系統(tǒng)完成地面信息的自動(dòng)收集，幾乎不會(huì)受到人為干預(yù)影響，能夠保持極高的容錯(cuò)率，并有效減少人力資源的投入，降低成本費(fèi)用的支出，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)相關(guān)衛(wèi)星參數(shù)以及程序設(shè)定，都可以對(duì)空間節(jié)點(diǎn)或某一時(shí)間段進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，利用載波相位計(jì)算整周的未知數(shù)，確保誤差控制到最小范圍內(nèi)，在切實(shí)加快作業(yè)速度的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了定位精準(zhǔn)性的大幅度優(yōu)化。比如在開(kāi)展RTK工作時(shí)，只需一名工作人員在控制點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集便可完成靜態(tài)觀測(cè)任務(wù)，并且每個(gè)控制點(diǎn)所需時(shí)間均不會(huì)超過(guò)20S;第四，自動(dòng)化水平高，由于GPS收集后的數(shù)據(jù)能夠在相應(yīng)系統(tǒng)、程序軟件中進(jìn)行自動(dòng)分析、整理、歸類(lèi)、存儲(chǔ)，使信息處理速度大大提高，能夠自行完成模型與數(shù)據(jù)間的關(guān)系映射，判斷基線數(shù)據(jù)的誤差橢圓范圍，并及時(shí)篩選出影響計(jì)量結(jié)果的誤差值，使人們可以更好的完成空間數(shù)據(jù)的管理與檢測(cè)，保證數(shù)據(jù)結(jié)果具有良好的適用性與準(zhǔn)確度。

2、工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)的具體運(yùn)用分析

2.1外業(yè)測(cè)繪

GPS技術(shù)運(yùn)用到外業(yè)測(cè)繪時(shí)要注意選擇適合的測(cè)量點(diǎn)，確保GPS定位儀器能夠精準(zhǔn)觀測(cè)相應(yīng)數(shù)據(jù)，工作人員需要充分考察測(cè)量區(qū)域，掌握測(cè)繪狀況，及時(shí)檢查各項(xiàng)坐標(biāo)系統(tǒng)，并對(duì)可能影響測(cè)繪工作的外部因素進(jìn)行綜合考慮，切實(shí)消除潛在的安全隱患，保證測(cè)量過(guò)程有序進(jìn)行。其次，要在定位測(cè)量環(huán)節(jié)將靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)煞N方法有機(jī)結(jié)合，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行擇優(yōu)使用，靜態(tài)定位主要是針對(duì)某一時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)觀測(cè)，耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)，但操作方法相對(duì)簡(jiǎn)單，通常只需在測(cè)量點(diǎn)上安裝接收設(shè)備便可直接完成數(shù)據(jù)采集工作。而動(dòng)態(tài)測(cè)量的復(fù)雜度偏高，不僅需要設(shè)置多個(gè)參考點(diǎn)計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)換參數(shù)用以確定未知坐標(biāo)的相關(guān)信息，還要工作人員保持較高的技術(shù)水平，能夠在系統(tǒng)完成自動(dòng)化處理后，第一時(shí)間找出數(shù)據(jù)存在的相應(yīng)問(wèn)題，保障數(shù)據(jù)的精確性與處理效率。

2.2工程變形監(jiān)控

在工程建設(shè)過(guò)程中難免會(huì)受到外部因素影響，導(dǎo)致形變現(xiàn)象的產(chǎn)生，部分設(shè)施形變的幅度十分細(xì)小，單憑肉眼觀察幾乎發(fā)現(xiàn)不到異常，如果不立即進(jìn)行修復(fù)與處理，必然會(huì)影響后續(xù)工程的有效開(kāi)展，降低工程質(zhì)量。因此為了防止此類(lèi)狀況反復(fù)發(fā)生，需要利用GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中可能存在的形變現(xiàn)象進(jìn)行全程監(jiān)控，工作人員可將監(jiān)控設(shè)備布置在事故頻發(fā)的相應(yīng)區(qū)域，由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)完成故障排查，當(dāng)監(jiān)測(cè)到形變狀況后，便會(huì)發(fā)出警戒信號(hào)，提醒相關(guān)人員及時(shí)進(jìn)行維護(hù)與補(bǔ)救，確保工程建設(shè)的有序開(kāi)展。同時(shí)，GPS的監(jiān)控效率良好，大量減少了人力資源的使用，有效降低了人為失誤產(chǎn)生的可能性。

2.3城市建設(shè)

城市工程建設(shè)的目的是在于開(kāi)發(fā)城市資源，確保有效推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)，在進(jìn)行控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分發(fā)揮GPS測(cè)繪技術(shù)的實(shí)際作用，依靠其準(zhǔn)確獲取地理信息參數(shù)的特點(diǎn)，為城市規(guī)劃提供精準(zhǔn)的定位保障，并且GPS測(cè)繪技術(shù)也能夠合理評(píng)估土地資源的消耗狀況，幫助相關(guān)人員提高建設(shè)方法的科學(xué)性，憑借技術(shù)本身的精細(xì)化優(yōu)勢(shì)，保證數(shù)據(jù)的可靠性，完善當(dāng)前城市的建設(shè)內(nèi)容，并確保起到生態(tài)保護(hù)的作用，要求規(guī)劃方案能夠與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境有機(jī)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益的穩(wěn)步提升。此外，GPS測(cè)繪技術(shù)也解決了以往城市規(guī)劃較為復(fù)雜，建設(shè)事項(xiàng)相對(duì)繁多的問(wèn)題，能夠保證道路、公園、居住區(qū)都能得到合理設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)應(yīng)用區(qū)域的有效測(cè)繪，也能更好地收集城市地區(qū)的布局狀況，使各項(xiàng)設(shè)施設(shè)備更符合城市建設(shè)的規(guī)模與標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足不同城市的差異化需求。

2.4精密工程

精密工程大多為隧道、橋梁等對(duì)數(shù)據(jù)精確性要求較高的工程，其本身工程量較高，建設(shè)過(guò)程相對(duì)繁瑣，需要將GPS測(cè)繪技術(shù)有效融入當(dāng)中，才能保障工程質(zhì)量與工作效率。通常GPS所涉及到的環(huán)節(jié)包括：信息收集，一是要建立切實(shí)符合應(yīng)用需求的控制網(wǎng)，利用C級(jí)控制網(wǎng)與D級(jí)控制網(wǎng)相結(jié)合的方式完成布設(shè)工作，并在區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)控制點(diǎn)。二是要通過(guò)GPS接收設(shè)備以邊連接的方式將各個(gè)控制點(diǎn)有效串聯(lián)，在采集相關(guān)數(shù)據(jù)后利用處理系統(tǒng)與程序軟件完成數(shù)據(jù)校檢，若發(fā)現(xiàn)精度超標(biāo)的信息需進(jìn)行二次檢測(cè)，最后完成數(shù)據(jù)分析與平差計(jì)算，從而得出準(zhǔn)確的測(cè)繪結(jié)果。

2.5土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的在于合理使用土地資源，進(jìn)行工程項(xiàng)目的合理規(guī)劃，避免資源浪費(fèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生，切實(shí)提高土地資源的利用效率，維持可持續(xù)發(fā)展模式。而將GPS測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用到土地檢測(cè)中，能夠進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)效率，比如在公共交通工程中，不僅需要進(jìn)行農(nóng)田分布、解決人口居住問(wèn)題，還要占用一定比例的土地資源，相關(guān)人員可借助GPS測(cè)繪技術(shù)完成大面積的信息獲取與資源使用狀況監(jiān)測(cè)，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)、參數(shù)制作成模擬圖，幫助設(shè)計(jì)人員更直觀、更清晰的了解土地資源分布情況，確保各項(xiàng)交通工程建設(shè)不會(huì)影響居民的正常生活，同時(shí)也進(jìn)一步提升了資源的利用效率，減少資源浪費(fèi)狀況的產(chǎn)生。

2.6實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)繪

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)繪又稱(chēng)RTK技術(shù)，是對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化后的測(cè)繪方法，其工作流程可分為：預(yù)先在測(cè)量點(diǎn)安裝GPS接收裝置作為基準(zhǔn)點(diǎn)，之后使其與GPS人造衛(wèi)星建立網(wǎng)絡(luò)連接，負(fù)責(zé)接收測(cè)量后的信息數(shù)據(jù)，再將信息分別傳遞到測(cè)量站與流動(dòng)站當(dāng)中。該方法能夠?qū)⒍喾N信息有機(jī)整合，借助導(dǎo)航原理，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與比對(duì)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出準(zhǔn)確的流動(dòng)站坐標(biāo)，在完成信息回傳后，便可作為動(dòng)態(tài)參數(shù)。同時(shí)在實(shí)際運(yùn)用時(shí)要注意保證數(shù)據(jù)的精確度，為此可根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證RTK的具體精度，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

由此可看出，該技術(shù)的精確度極高，基本與控制點(diǎn)實(shí)際成果沒(méi)有數(shù)據(jù)誤差，證明具有極高的應(yīng)用性。

結(jié)論：

綜上所述，通過(guò)對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)的工作原理與特點(diǎn)進(jìn)行分析討論，提出工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)的在外業(yè)測(cè)繪、工程變形監(jiān)控、城市建設(shè)、精密工程、土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)繪等方面的具體應(yīng)用，從而提高測(cè)繪精準(zhǔn)度，完善測(cè)繪過(guò)程，確保相關(guān)工作有序開(kāi)展，推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)GPS系統(tǒng)的高效化發(fā)展。

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