GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用探討

鄒震

【摘要】在以往傳統(tǒng)的測繪中極易受到自然環(huán)境因素的影響，且大多由人工來進(jìn)行作業(yè)、工作量大且難度系數(shù)較高，在實(shí)際測繪過程中需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，且測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性也不高。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，GPS技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果，使工程測繪精度得到有效提升，進(jìn)一步推動了工程建設(shè)質(zhì)量水平的提高。論文先簡單介紹了GPS測繪技術(shù)，并對GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用展開了剖析，最后深入探討了GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的具體應(yīng)用，以期不斷提升工程測繪的精準(zhǔn)度和效率，促進(jìn)工程建設(shè)質(zhì)量的提升，同時(shí)希望為廣大同行提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】GPS測繪技術(shù);工程測繪;應(yīng)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.06.

引言：

GPS測繪技術(shù)發(fā)展迅速，具有作業(yè)范圍廣、操作便捷度高以及自動化水平高等優(yōu)勢，在測繪工程中的應(yīng)用較為普遍?？梢詫PS測繪技術(shù)應(yīng)用在測繪工程中的精密工程測繪、城市建設(shè)工程測繪、工程變形監(jiān)測、工程定位測量、工程水準(zhǔn)測量等諸多方面當(dāng)中，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)通過控制測量誤差、優(yōu)化測繪控制網(wǎng)的布置以及加強(qiáng)人員培訓(xùn)等手段提高測繪質(zhì)量。

1、GPS概述及原理分析

1.1概述

GPS技術(shù)主要是基于地面數(shù)據(jù)傳導(dǎo)設(shè)備和監(jiān)控單位以及衛(wèi)星接收設(shè)備信息傳導(dǎo)渠道，演變而來的一種定位和導(dǎo)航系統(tǒng)。在此類技術(shù)應(yīng)用的過程中，一方面能夠有效借助衛(wèi)星高清攝像頭監(jiān)控地表環(huán)境情況;另一方面，也能以數(shù)據(jù)渠道將影像信息傳輸給計(jì)算機(jī)，在更短的時(shí)間內(nèi)獲取更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。因此，GPS技術(shù)應(yīng)用在測繪工程中可以不斷提高工程數(shù)據(jù)采集的效率和質(zhì)量，也能避免數(shù)據(jù)核對中造成的問題，能夠縮短時(shí)間與成本，特別是在與通信設(shè)備相結(jié)合時(shí)，能夠憑借數(shù)據(jù)傳導(dǎo)，使沿途質(zhì)量環(huán)境數(shù)據(jù)變化處于實(shí)時(shí)監(jiān)控的狀態(tài)，能夠降低地表變化等一系列問題。對工程測繪所產(chǎn)生的影響，更能憑借智能化和自動化技術(shù)，使GPS技術(shù)應(yīng)用得到拓展。

1.2原理分析

GPS技術(shù)是基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)技術(shù)，在該技術(shù)應(yīng)用的過程中，衛(wèi)星與地面監(jiān)測站數(shù)據(jù)構(gòu)成三角坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)處理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)核算，在此基礎(chǔ)上，憑借基站數(shù)據(jù)傳導(dǎo)確定地區(qū)的具體位置和高程。除此之外，衛(wèi)星系統(tǒng)能利用高清攝像頭第一時(shí)間抓拍并還原現(xiàn)場地貌情況，對數(shù)據(jù)加以采集，更有利于確定基準(zhǔn)站的位置。這樣也能借助相關(guān)數(shù)據(jù)資料提前擬定可視化地形圖，使測量數(shù)據(jù)的精確性和科學(xué)性都得到明顯提升。

1.3應(yīng)用價(jià)值

（1）測量的精度高且效率快。區(qū)別于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀以及全站儀等設(shè)備，GPS測量基于數(shù)據(jù)提取與核對，更加高效準(zhǔn)確，也會比人工測量讀取有更大程度的提升，更能從根源上避免數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程中數(shù)據(jù)記錄出錯(cuò)等問題，特別是通過信號傳導(dǎo)以及電子設(shè)備能將測量的數(shù)據(jù)儲存到設(shè)備內(nèi)部，并且將相關(guān)信息交流給具體單位，更有利于后續(xù)工作的開展。在GPS技術(shù)測量過程中，借助衛(wèi)星數(shù)據(jù)探測系統(tǒng)能夠適用不同的測量環(huán)境，減少了傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀以及全站儀測量設(shè)備的投入，同時(shí)還能核算數(shù)據(jù)，會顯著提升效率，更滿足高速構(gòu)建工程的需要。（2）能夠有效解決視線遮擋的問題。由于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀以及全站儀測量中需要借助光學(xué)原理對標(biāo)尺進(jìn)行觀察，以此判定現(xiàn)場的高程以及坐標(biāo)點(diǎn)，但若在這一過程中存在遮擋物時(shí)，需要想辦法繞開，否則會加劇測量工作的難度，也會造成更大失誤，但是應(yīng)用GPS技術(shù)卻能在借助衛(wèi)星定位系統(tǒng)時(shí)，以數(shù)據(jù)定位等方式明確其經(jīng)典數(shù)據(jù)，徹底實(shí)現(xiàn)了無障礙測量方法。（3）能夠有效簡化現(xiàn)有的測量工序。在測繪工程測量時(shí)采用GPS技術(shù)，可以取代原有傳統(tǒng)繁瑣的設(shè)備和架設(shè)，以及調(diào)整等復(fù)雜工作流程，相關(guān)數(shù)據(jù)信息能夠自動列入儲存系統(tǒng)中，這類測量技術(shù)還能簡化整體測量工具，使工程的勘測效率明顯提升，對工作人員的素質(zhì)要求水平也不高，更方便后續(xù)自動化和智能化的發(fā)展。

2、GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的具體應(yīng)用方法

2.1平面控制測量中坐標(biāo)系的選擇

2.1.1坐標(biāo)系的地形選擇

在實(shí)際項(xiàng)目開展時(shí)，首先需要確定平面直角坐標(biāo)系，這是公路平面控制測量中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。普通的低海拔地區(qū)，地勢相對平坦，測區(qū)內(nèi)投影長度變形值較小，坐標(biāo)系可以參考類似項(xiàng)目。而如果工程處于地形變化起伏較大的高海拔地區(qū)或丘陵地區(qū)，在高程規(guī)劃過程中的長度會變形，投影長度變形值可能超出限制范圍。因此，在特殊山區(qū)進(jìn)行工程平面測量時(shí)，坐標(biāo)系要通過實(shí)地勘測進(jìn)行更科學(xué)的選擇，以實(shí)現(xiàn)高效率勘測。

2.1.2坐標(biāo)系的參數(shù)選擇

根據(jù)工程所處區(qū)域地形、海拔高度和經(jīng)度緯度等因素的差異，對坐標(biāo)系進(jìn)行不同選擇，具體方法如下：（1）當(dāng)勘測路線距離中央子午線較近時(shí)，可以建立基于高斯正形投影的三度帶平面直角坐標(biāo)系;（2）當(dāng)勘測路線距離中央子午線較遠(yuǎn)時(shí)，可以選擇投影在具有抵償面的任意帶高斯投影直角坐標(biāo)系中，但是要在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行三維的無約束平差，檢查GPS基線向量網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度。（3）當(dāng)工程的實(shí)地勘測路線存在獨(dú)立橋梁、隧道等工點(diǎn)，可以將局部地球的表面視為平面以建立假設(shè)的平面坐標(biāo)系。

2.2 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法

GPS-RTK技術(shù)利用衛(wèi)星定位，利用靜態(tài)測量方法，基于測控點(diǎn)彼此連接的布設(shè)形式，建構(gòu)工程測量區(qū)平面交叉控制網(wǎng)絡(luò)，且需嚴(yán)格把控各測控點(diǎn)的間距，將其限定在5～8km，利用RTK技術(shù)精準(zhǔn)測算平面內(nèi)準(zhǔn)確的坐標(biāo)點(diǎn)，以識別不同的GPS控制點(diǎn)，在進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整后，即可根據(jù)各測控點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測量放樣。同時(shí)，GPS為全球定位系統(tǒng)，在工程測量中的大地高程適用性差，需將其轉(zhuǎn)換為實(shí)用性的高程，為此，需利用RTK布設(shè)高程控制網(wǎng)絡(luò)，尤其在復(fù)雜、崎嶇的測量區(qū)域內(nèi)，因GPS信號受到諸多干擾，此時(shí)，RTK技術(shù)布設(shè)的高程測量網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度受限，可引入全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備，將其與RTK技術(shù)融合以通用，來建構(gòu)測區(qū)的高程控制網(wǎng)絡(luò)。最后，需對構(gòu)建的控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)核及加密測量，可分設(shè)2組分別進(jìn)行平行交叉控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)的復(fù)核及加密測量，具體將基于首級控制網(wǎng)開展，通過在工程線路上分設(shè)不同首級GPS控制點(diǎn)及高等級水準(zhǔn)點(diǎn)，利用靜態(tài)GPS進(jìn)行外業(yè)采集，并通過內(nèi)業(yè)處理完成復(fù)測工作，以確?？刂凭W(wǎng)達(dá)到規(guī)范要求。完成控制網(wǎng)復(fù)測后，需對加密控制點(diǎn)位進(jìn)行位置選擇、觀測，首先，導(dǎo)線加密點(diǎn)的位置選擇需結(jié)合工程現(xiàn)場測量條件，盡量規(guī)避與橋梁、涵洞等構(gòu)筑物毗鄰，便于測量施工，選點(diǎn)時(shí)，可先利用RTK技術(shù)對測區(qū)構(gòu)筑物位置進(jìn)行初步快速放樣，將工程測量線路上全部構(gòu)筑物及相關(guān)設(shè)施有效標(biāo)識出來，并結(jié)合測量需求，以便于放樣、施工，設(shè)置16個(gè)加密控制點(diǎn)位。而后，在加密點(diǎn)埋設(shè)穩(wěn)定3～4d后，啟動導(dǎo)線、水準(zhǔn)外業(yè)加密工作，利用大概5d的時(shí)間，使用GPS技術(shù)進(jìn)行外業(yè)采集、數(shù)據(jù)觀測、內(nèi)業(yè)處理、檢核、平差等工作，最終完成導(dǎo)線加密點(diǎn)的觀測，其平面、高程點(diǎn)位的觀測精度應(yīng)分別為±15mm、±20mm以下。

3、GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的具體應(yīng)用領(lǐng)域

（1）在精密工程測繪中的應(yīng)用。首先，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建符合測繪需求的高等級控制網(wǎng)。一般情況下，都會利用C級或D級GPS控制網(wǎng)并結(jié)合三等水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)布設(shè)控制網(wǎng)，并在工程區(qū)域當(dāng)中設(shè)置控制點(diǎn)。之后，需要利用GPS接收機(jī)對各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行連測，從而獲取測繪數(shù)據(jù)，并利用專業(yè)處理軟件或隨機(jī)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，若存在精度超限的數(shù)據(jù)需及時(shí)進(jìn)行重新測量，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與平差計(jì)算，從而提高測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。（2）在城市建設(shè)工程中的應(yīng)用。GPS測繪技術(shù)可以為控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)與布設(shè)提供基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，并為城市規(guī)劃提供定位支持。城市發(fā)展需要諸多資源的支持，而土地資源的存量阻礙了城市的發(fā)展。利用GPS測繪技術(shù)可以有效評估土地資源的損耗情況，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土地資源的規(guī)劃，提高土地資源的利用率。同時(shí)，GPS測繪技術(shù)可以為城市建設(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)信息，可以完善城市規(guī)劃的內(nèi)容。（3）實(shí)時(shí)變形監(jiān)測控制的應(yīng)用在GPS技術(shù)中，監(jiān)測控制是一項(xiàng)十分重要的組成內(nèi)容，在具體的測繪工程應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。在實(shí)際工程的測繪過程中，測繪人員可以通過測量方法來實(shí)現(xiàn)對測量區(qū)域測繪點(diǎn)動態(tài)變形的控制，并從中獲取動態(tài)數(shù)據(jù)，特別是在一些嚴(yán)重變形的測量區(qū)域來講其應(yīng)效果尤為明顯，可以很限地預(yù)防工程施工中存在的質(zhì)量與安全隱患，確保工程建設(shè)的質(zhì)量。如將GPS技術(shù)在礦山工程測繪中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，想要對礦山的表變形進(jìn)行檢測，就可以在重點(diǎn)和第三區(qū)域布置永久觀測點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的觀測，從而保證礦山的開采的安全性。（4）水下工程測繪的應(yīng)用對于碼頭、海港等水下建設(shè)項(xiàng)目來講，往往需要展開水下工程測繪工作。在具體的水下測繪作業(yè)時(shí)，測繪人員需要對項(xiàng)目位置三維坐標(biāo)做精準(zhǔn)的測繪工作，同時(shí)還要對水深等相關(guān)情況進(jìn)行測繪。許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯示，許多測繪人員會選用三應(yīng)答器和經(jīng)緯儀等來展開測繪工作，在實(shí)施水下探測工作時(shí)，探測儀主要是利用超聲波來開展作業(yè)的，以便對水的深度進(jìn)行測量。由于探測儀自身在工作中需借助海水移動來對自身的水深勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正，在實(shí)際操作過程中較為復(fù)雜，且數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度并不高。而將GPS測繪技術(shù)應(yīng)用到水下工程測繪工作中對其三維坐標(biāo)進(jìn)行定位，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對地形的描繪。另外，測繪人員還可以以海水的潮汐位移情況來展開具體的操作，再結(jié)合探測儀來獲取精準(zhǔn)且完整的水下測繪系統(tǒng)，有效提升水下測繪工作質(zhì)量和效率，與此同時(shí)，測繪人員可以從監(jiān)視器中便可獲取監(jiān)控位置。（5）在工程定位測量中的應(yīng)用。GPS測繪技術(shù)在工程定位測量中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在動態(tài)定位法與靜態(tài)相對定位法的應(yīng)用上。其中，動態(tài)定位測量具有較高的繁瑣度，需要利用多個(gè)參考點(diǎn)定位獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而明確未知控制點(diǎn)的坐標(biāo)信息。由于GPS測繪技術(shù)具有較高的自動化水平，所以在進(jìn)行動態(tài)測量時(shí)，系統(tǒng)可以自動處理數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中的問題，可提高數(shù)據(jù)處理效率與準(zhǔn)確率。而靜態(tài)相對定位指的是采集某一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，觀測時(shí)間相對較長，但是操作簡單，只需要在點(diǎn)位上安裝接收機(jī)設(shè)備便可以自動采集數(shù)據(jù)信息。

4、優(yōu)化GPS測繪技術(shù)在測繪工程措施

（1）加強(qiáng)測量誤差的控制。將強(qiáng)測量誤差的控制就是為了提升測量精度，即保障數(shù)據(jù)信息的精確度，第一，技術(shù)人員應(yīng)全面掌握測繪對象的具體情況，充分了解工程區(qū)域的地形等各方面情況并繪制工程地形圖，方便后續(xù)工作的開展。第二，為了提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確度，技術(shù)人員需針對不同層次構(gòu)建統(tǒng)一的樣本與格式，根據(jù)一致標(biāo)準(zhǔn)開展測繪，為后續(xù)工作提供依據(jù)。此外，技術(shù)人員需利用合適的技術(shù)方法繪制不同地形的特點(diǎn)，更生動地展現(xiàn)地形的特點(diǎn)，使測繪結(jié)果更加精準(zhǔn)，提高工程建設(shè)的質(zhì)量。（2）優(yōu)化測繪控制網(wǎng)。首先，需要堅(jiān)持工程測繪控制網(wǎng)的布設(shè)原則。在進(jìn)行測繪控制網(wǎng)的布設(shè)時(shí)，技術(shù)人員需要堅(jiān)持從實(shí)際情況出發(fā)的原則。無論是做什么工作都是為了更真實(shí)地反映實(shí)際情況，因此技術(shù)人員需要根據(jù)地形的特點(diǎn)選擇合適的布局方式，提升布網(wǎng)工作的匹配度，保障測繪工作的順利進(jìn)行。同時(shí)，技術(shù)人員需將測量位置點(diǎn)都納入到測繪控制網(wǎng)當(dāng)中，從而增強(qiáng)數(shù)據(jù)獲取的全面性，豐富一手資料。也需要彌補(bǔ)項(xiàng)目之間的空白界線，避免數(shù)據(jù)分析不全面。其次，技術(shù)人員在布設(shè)測繪控制網(wǎng)之前需合理設(shè)計(jì)測繪基準(zhǔn)。工程項(xiàng)目與內(nèi)容不同，對測繪工作的要求會有一些差別，但是差別不大，所以可以根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際情況制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，從而依據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)開展不同項(xiàng)目的測繪工作。即需要明確規(guī)定測繪單位的刻度、工作開展的方向以及信息獲取點(diǎn)的位置選擇，科學(xué)選擇測繪方式，使測繪結(jié)果更加理想。在后續(xù)處理數(shù)據(jù)信息時(shí)，技術(shù)人員需根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測算。此外，技術(shù)人員應(yīng)科學(xué)選擇測繪控制點(diǎn)并合理制定測繪方案。GPS采用的技術(shù)較為先進(jìn)，不會過于依賴人力因素、環(huán)境因素等因素，因此技術(shù)人員可選擇的測繪方式較多。但是，在選擇測繪方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)以優(yōu)化工作環(huán)節(jié)為目的，延長基準(zhǔn)點(diǎn)的物理距離，降低信息獲取難度。（3）科學(xué)處理測繪數(shù)據(jù)。第一，需要對測量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理。利用GPS測繪技術(shù)獲取測繪數(shù)據(jù)之后，并不能直接利用這些數(shù)據(jù)信息，需要專業(yè)的技術(shù)人員利用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)辨析，明確其中有異議的信息并補(bǔ)充信息，增強(qiáng)數(shù)據(jù)信息的全面性與準(zhǔn)確性，為后續(xù)的測算工作奠定基礎(chǔ)。第二，加強(qiáng)數(shù)據(jù)信息的后續(xù)處理。在完成信息數(shù)據(jù)的初步處理之后需要進(jìn)行精確計(jì)算，即利用平差計(jì)算等方式結(jié)合使用三維計(jì)算與二維計(jì)算，從不同層面開展測繪，增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理的可靠性。技術(shù)人員從諸多角度入手分析數(shù)據(jù)可以保障處理結(jié)果的真實(shí)性，更準(zhǔn)確地反饋具體情況。（4）加強(qiáng)測繪人員培訓(xùn)。雖然GPS測繪技術(shù)的自動化水平較高，但是有一些環(huán)節(jié)仍需要人工操作，而人工操作可能會出現(xiàn)失誤的情況，影響測量數(shù)據(jù)與結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此需要加強(qiáng)測繪人員培訓(xùn)，提高測繪人員的專業(yè)能力與綜合水平，保障測繪工作的順利開展。首先，測繪單位需要提高聘用門檻，優(yōu)先選擇專業(yè)能力、操作能力以及執(zhí)行能力強(qiáng)的人員，提升測繪隊(duì)伍的整體水平。其次，測繪單位需定期對測繪人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。測繪單位可以將培訓(xùn)內(nèi)容劃分為兩部分，即理論培訓(xùn)與實(shí)踐培訓(xùn)，增進(jìn)測繪人員對GPS測繪技術(shù)等新型測繪技術(shù)原理、技術(shù)以及設(shè)備的了解，提高測繪人員的技術(shù)應(yīng)用水平，從而滿足測繪工程的測繪要求。

結(jié)束語：

總而言之，在新時(shí)期工程測繪過程中，引入先進(jìn)的GPS技術(shù)已經(jīng)成為一種必然選擇。在具體測繪時(shí)，務(wù)必以現(xiàn)場的實(shí)際情況為指導(dǎo)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和工作條件制定切實(shí)可行的測繪計(jì)劃，有利于促進(jìn)測繪工作的圓滿完成。在這個(gè)過程中，要明確GPS技術(shù)應(yīng)用的原理和優(yōu)點(diǎn)，才能維持應(yīng)用，提供更多具有可行性的平臺，憑借衛(wèi)星定位技術(shù)或是清攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控地表數(shù)據(jù)變化，為后續(xù)的測繪項(xiàng)目提供全面的技術(shù)支撐。

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