GPS測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用研究

李海超

（本溪市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，遼寧 本溪 117022）

引言

在新時(shí)期工程測(cè)繪過(guò)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(cè)繪時(shí)，務(wù)必以現(xiàn)場(chǎng)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(cè)繪計(jì)劃，有利于促進(jìn)測(cè)繪工作的圓滿完成。在這個(gè)過(guò)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(tái)，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(cè)繪項(xiàng)目提供全面的技術(shù)支撐。

一、GPS技術(shù)及特點(diǎn)

GPS系統(tǒng)作為一個(gè)中等距離的圓形軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其可以為地球相關(guān)位置提供較為準(zhǔn)確的定位、速度測(cè)量與高準(zhǔn)確性的時(shí)間變化。GPS系統(tǒng)由美國(guó)所引發(fā)，可以對(duì)地球任意位置或者相關(guān)位置的軍事目標(biāo)提供全方位的、高準(zhǔn)確性的定位，但伴隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，其也在相關(guān)的民用行業(yè)中得到了大范圍的運(yùn)用。

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(lái)的一種定位和導(dǎo)航系統(tǒng)。在此類技術(shù)應(yīng)用的過(guò)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(cè)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(duì)中造成的問(wèn)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(wèn)題。對(duì)工程測(cè)繪所產(chǎn)生的影響，更能憑借智能化和自動(dòng)化技術(shù)，使GPS技術(shù)應(yīng)用得到拓展[1]。

（一）高效率模式

工程人員使用GPS技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量，極大地提高了測(cè)量的精確度，既減少了工作人員的活動(dòng)頻率，降低了勞動(dòng)量，又在一定程度上保證人員安全，使得測(cè)量變得高效便捷。因此，在測(cè)量中加入GPS技術(shù)，可以精確地?cái)U(kuò)大測(cè)量范圍，提高工程的信息化水平，是測(cè)量發(fā)展的新趨勢(shì)，適應(yīng)了我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展的需求。

（二）可靠度模式

GPS技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合，可使測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。施工人員充分了解并掌握GPS技術(shù)，可提高工作熟練度，不斷優(yōu)化測(cè)量結(jié)果，提高測(cè)量工作效率，保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。

二、應(yīng)用價(jià)值

GPS技術(shù)是目前應(yīng)用十分廣泛的全球定位技術(shù)，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)已開(kāi)始很好地應(yīng)用于隧道控制測(cè)量中，這一高效技術(shù)的應(yīng)用能夠在很大程度上節(jié)約工程建設(shè)的人力、物力等資源，并且保證精度的要求，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量GPS系統(tǒng)測(cè)量，有省時(shí)、省力、便于操作、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。

（一）測(cè)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(cè)量基于數(shù)據(jù)提取與核對(duì)，更加高效準(zhǔn)確，也會(huì)比人工測(cè)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(guò)程中數(shù)據(jù)記錄出錯(cuò)等問(wèn)題，特別是通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)以及電子設(shè)備能將測(cè)量的數(shù)據(jù)儲(chǔ)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(kāi)展。在GPS技術(shù)測(cè)量過(guò)程中，借助衛(wèi)星數(shù)據(jù)探測(cè)系統(tǒng)能夠適用不同的測(cè)量環(huán)境，減少了傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀以及全站儀測(cè)量設(shè)備的投入，同時(shí)還能核算數(shù)據(jù)，會(huì)顯著提升效率，更滿足高速構(gòu)建工程的需要[2]。

（二）能夠有效解決視線遮擋的問(wèn)題

由于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀以及全站儀測(cè)量中需要借助光學(xué)原理對(duì)標(biāo)尺進(jìn)行觀察，以此判定現(xiàn)場(chǎng)的高程以及坐標(biāo)點(diǎn)，但若在這一過(guò)程中存在遮擋物時(shí)，需要想辦法繞開(kāi)，否則會(huì)加劇測(cè)量工作的難度，也會(huì)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(wú)障礙測(cè)量方法。

（三）GPS技術(shù)操作便利

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的不斷提升，GPS技術(shù)也得到大幅度的改進(jìn)和優(yōu)化，智能化、集成化、自動(dòng)化水平越來(lái)越高。并且，在對(duì)GPS技術(shù)應(yīng)用期間，對(duì)技術(shù)人員的要求不高，整個(gè)過(guò)程操作十分便利，難度不大。同時(shí)，將GPS技術(shù)運(yùn)用在建筑測(cè)繪領(lǐng)域中，工作人員只需要了解一些簡(jiǎn)單的內(nèi)容，就可以完成測(cè)繪工作，諸如：基本連線方式、儀器設(shè)備操作流程等。此外，GPS儀器能夠?qū)πl(wèi)星進(jìn)行自動(dòng)定位，實(shí)時(shí)跟蹤觀察，隨時(shí)對(duì)各種內(nèi)容進(jìn)行記錄。在整個(gè)工作過(guò)程中，工作人員只要對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行維護(hù)即可，保證設(shè)備可以處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。由此可見(jiàn)，GPS技術(shù)的應(yīng)用要求很低，并能高效地提升建筑測(cè)繪精準(zhǔn)度，減少了人為因素引起的誤差[3]。

三、GPS測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

隨著各種高新勘探技術(shù)的不斷出現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)物探測(cè)量的質(zhì)量和效率要求更高，從而才能跟上石油地震勘探新技術(shù)應(yīng)用的步伐。常規(guī)的物探測(cè)量方法工序十分復(fù)雜，并且難以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和補(bǔ)測(cè)，精度較差，很難滿足實(shí)際地震勘探的要求。GPS技術(shù)可以有效解決上述問(wèn)題，不但可以提高測(cè)量的效率，而且可以提高測(cè)量的精度。

（一）公路測(cè)量建設(shè)中的應(yīng)用

1.控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)高速公路每一個(gè)標(biāo)段的實(shí)際線路情況建立GPS控制網(wǎng)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)該控制網(wǎng)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。在高速公路測(cè)繪控制工作中，GPS控制網(wǎng)是非常關(guān)鍵的內(nèi)容。本項(xiàng)目中，布設(shè)相互通視GPS點(diǎn)的時(shí)候，沿著路線每隔5～10km的距離為最佳，可以有效保證測(cè)繪質(zhì)量，提高測(cè)繪速度。

2.地形圖的繪制

公路工程在建設(shè)過(guò)程中，需要繪制比例尺較大的地形圖，繪制地形圖的過(guò)程中，需要采集大量的數(shù)據(jù)信息，涵蓋的范圍也比較大。傳統(tǒng)的繪制方式因?yàn)槭艿郊夹g(shù)的限制，繪制過(guò)程花費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，數(shù)據(jù)信息的全面性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性也得不到保障。將GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于地形圖的繪制中，極大地縮短了采集信息數(shù)據(jù)所要花費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)在較短的時(shí)間內(nèi)就可以獲取精確度較高的、具有全面性的信息數(shù)據(jù)，提升了繪制地形圖的工作質(zhì)量和工作效率。

3.公路工程控制測(cè)量

兩周后的一個(gè)下午，伏尼契滿臉微笑地來(lái)到了書(shū)店門口，布爾像見(jiàn)到一位老朋友一樣，問(wèn)：“小伏尼契，你最近不喜歡讀書(shū)了嗎？”伏尼契笑著說(shuō)：“不，布爾叔叔，我今天又能像往常一樣來(lái)看書(shū)了?！?/p>

GPS測(cè)繪技術(shù)有靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)煞N方式，要根據(jù)工程測(cè)繪的實(shí)際需求選用相應(yīng)的測(cè)量方式。進(jìn)行公路工程控制測(cè)量時(shí)，因?yàn)楣肥┕な浅尸F(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的，涉及很多的變化因素，基于以上原因，在進(jìn)行公路工程控制時(shí)，采用的是GPS的動(dòng)態(tài)測(cè)繪技術(shù)。

4.公路路線控制測(cè)量

GPS接收機(jī)是高速公路線路測(cè)繪測(cè)量工作中經(jīng)常應(yīng)用的設(shè)備之一，是一種非常重要的設(shè)備。應(yīng)用該設(shè)備的時(shí)候，務(wù)必保證設(shè)備性能的穩(wěn)定性和可靠性，GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)內(nèi)容主要有一般性檢驗(yàn)、實(shí)測(cè)檢驗(yàn)和通電檢驗(yàn)。隨著國(guó)內(nèi)高速公路建設(shè)水平的不斷提升，我國(guó)公路建設(shè)企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用GPS接收機(jī)，市面上常見(jiàn)的GPS接收機(jī)主要有兩種類型，即單頻與雙頻。雙頻接收機(jī)的應(yīng)用不受時(shí)間和地點(diǎn)的影響，邊長(zhǎng)超過(guò)20km，也可以有效消除電力誤差給點(diǎn)位坐標(biāo)所帶來(lái)的影響。實(shí)際測(cè)繪中，工作人員可以在較短的時(shí)間完成整周模糊值的計(jì)算，節(jié)省了公路觀測(cè)時(shí)間，提高了公路測(cè)繪效率[4]。

（二）水下地形測(cè)繪應(yīng)用

在眾多工程測(cè)繪項(xiàng)目中，水下地形測(cè)繪工程無(wú)疑是一大難點(diǎn)，但歸根結(jié)底又是一項(xiàng)十分重要的測(cè)繪工作，水環(huán)境測(cè)繪形勢(shì)下，若仍采用傳統(tǒng)的工程測(cè)繪方式，這樣僅僅能夠針對(duì)有限的地形范圍展開(kāi)測(cè)繪，大大降低了測(cè)繪成果的精確度與全面性。而GPS技術(shù)的應(yīng)用，極大程度上改善了測(cè)繪過(guò)程中的問(wèn)題，并從根本上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)繪工作存在的不足，在此基礎(chǔ)上，由于GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)量及數(shù)據(jù)處理等方面技術(shù)的先進(jìn)化及科學(xué)化優(yōu)勢(shì)，在根本上保障了水下地形測(cè)繪中大面積、全面性的測(cè)繪需求，且為實(shí)際測(cè)繪過(guò)程帶來(lái)了極大的簡(jiǎn)化，有效地降低了環(huán)境、人為因素及工具設(shè)備等問(wèn)題所帶來(lái)了誤差影響，最大程度上提升了工程測(cè)繪結(jié)果的真實(shí)性、客觀性、科學(xué)性及實(shí)效性。

（三）GPS測(cè)繪技術(shù)在城市建設(shè)中的應(yīng)用

城市建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工程，需要充分考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的因素，從全局展開(kāi)統(tǒng)籌和規(guī)劃工作，確保城市的發(fā)展更加人性化，在滿足人們居住生活等基本需求的同時(shí)還要確保自然生態(tài)環(huán)境不能遭到破壞。結(jié)合目前情況來(lái)看，我國(guó)各個(gè)城市的規(guī)模不同，發(fā)展速度也不一樣，對(duì)測(cè)繪的需求也不同，為了確保城市建設(shè)的科學(xué)性、合理性、有序性，需要在城市建設(shè)中引進(jìn)GPS測(cè)繪技術(shù)，對(duì)各個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)展開(kāi)精確測(cè)量，確保數(shù)據(jù)的全面性、準(zhǔn)確性、時(shí)效性，為城市建設(shè)工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。城市建設(shè)工作要考慮多個(gè)方面的內(nèi)容，例如，確保交通的合理性、排積水系統(tǒng)的合理性、城市景觀的美觀性等方面。在城市發(fā)展的過(guò)程中還要確保自然環(huán)境不遭受破壞，保證人與自然的和諧發(fā)展。

（四）GPS測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用

1.在外業(yè)測(cè)量中的應(yīng)用

開(kāi)展水利水電工程測(cè)量工作，外業(yè)工作顯得尤為重要，引用GPS測(cè)量技術(shù)到外業(yè)測(cè)量工作中，通過(guò)科學(xué)合理選擇測(cè)量點(diǎn)，能夠很好的保證水利水電工程測(cè)量質(zhì)量。外業(yè)測(cè)量在選點(diǎn)前，相關(guān)人員需要在了解、分析水利水電工程實(shí)際情況，運(yùn)用GPS測(cè)量技術(shù)實(shí)施觀測(cè)，為了保證選點(diǎn)合理性，在觀測(cè)時(shí)，要做好無(wú)線安置工作。

在水利水電工程測(cè)量工作中，高程測(cè)量是一項(xiàng)基礎(chǔ)，也是非常重要的工作，高程測(cè)量的準(zhǔn)確性，會(huì)直接影響到水利水電工程建設(shè)的安全性，同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)資金方面的問(wèn)題。事實(shí)上，水利水電工程測(cè)量過(guò)程中，容易被一些自然環(huán)境因素所影響，進(jìn)而阻礙測(cè)量工作順利進(jìn)行。而引入GPS測(cè)量技術(shù)后，借助衛(wèi)星信號(hào)，分析后能夠獲取到大地實(shí)際高度，在此基礎(chǔ)上，利用水準(zhǔn)儀等設(shè)備，計(jì)算出相應(yīng)的高程，進(jìn)而明確出測(cè)量位置的高程，減少測(cè)量工作量以及時(shí)間，極大地提高了工作效率。

3.渠道管線測(cè)量的應(yīng)用

渠道管線在水利水電工程中具有非常重要的地位。通常，水利工程建設(shè)過(guò)程中會(huì)使用到很多渠道管線，并且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，這便增加了測(cè)量難度。此外，還會(huì)受到多種因素的干擾，影響到測(cè)量準(zhǔn)確性。將GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到水利水電工程中，，可以很好地解決此問(wèn)題，工作人員只需要進(jìn)行高程、轉(zhuǎn)角等操作即可，進(jìn)而保證渠道管線測(cè)量精準(zhǔn)性。

（五）GPS技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)方面的應(yīng)用

利用傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)開(kāi)展測(cè)繪工程時(shí)，需要借助大量的人力來(lái)完成，在一些地形和地勢(shì)較為復(fù)雜的環(huán)境，工作人員進(jìn)行實(shí)地勘察測(cè)繪的難度大，安全也得不到保障，受到傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的限制，測(cè)繪工作無(wú)法順利展開(kāi)?；谝陨显?，可以利用GPS繪圖系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中三維模擬地形進(jìn)行繪圖，利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能可以對(duì)單位地形圖進(jìn)行高度模擬，模擬圖中涵蓋了具體的地理環(huán)境和地理現(xiàn)象。利用這個(gè)三維模型可以實(shí)現(xiàn)地形工程地圖的繪制，對(duì)復(fù)雜程度高的重點(diǎn)、難點(diǎn)測(cè)繪環(huán)境，也能夠利用高度模擬技術(shù)展開(kāi)精確測(cè)量。在降低測(cè)繪難度的同時(shí)，還能保障工作人員的人身安全，GPS技術(shù)的運(yùn)用推動(dòng)了測(cè)繪工程的發(fā)展。

（六）海洋測(cè)繪的運(yùn)用

通常情況下，在進(jìn)行海洋測(cè)繪工作中，GPS系統(tǒng)運(yùn)用的坐標(biāo)系是2000大地坐標(biāo)系，該類坐標(biāo)系在獲取相關(guān)區(qū)域的坐標(biāo)后，經(jīng)過(guò)對(duì)區(qū)域的相關(guān)信息資料進(jìn)行研究，可以把該區(qū)域的位置轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)，在其轉(zhuǎn)化階段通常應(yīng)用參數(shù)模型，同時(shí)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，保障其在轉(zhuǎn)化階段的平面直升性以及轉(zhuǎn)化過(guò)程的準(zhǔn)確性，因此會(huì)采用其參數(shù)形式實(shí)行轉(zhuǎn)化。但無(wú)論轉(zhuǎn)化成不同的形式，其在轉(zhuǎn)化過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，而且轉(zhuǎn)化偏差是不能規(guī)避的。同時(shí)，影響該偏差產(chǎn)生的主要因素為：在海洋測(cè)繪階段數(shù)據(jù)獲取完成后，由于數(shù)據(jù)在進(jìn)行平面轉(zhuǎn)化階段與數(shù)學(xué)模型嚴(yán)謹(jǐn)性等相關(guān)客觀因素的影響，致使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確性會(huì)出現(xiàn)一定程度的偏差。因此，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際測(cè)繪過(guò)程的精力進(jìn)行匯總，需要我們?cè)诤Ｑ鬁y(cè)繪的過(guò)程中，增加對(duì)數(shù)據(jù)收集與數(shù)學(xué)模型的修正程度，同時(shí)，企業(yè)是海洋測(cè)繪工作與其他社會(huì)行業(yè)所需要健全的內(nèi)容，推動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性得到提升，可以，最大程度上降低偏差，使海洋測(cè)繪的準(zhǔn)確性得到提高。

結(jié)束語(yǔ)

新時(shí)期，在我國(guó)科學(xué)技術(shù)飛速進(jìn)步的趨勢(shì)下，越來(lái)越多的新興測(cè)繪技術(shù)不斷涌現(xiàn)，也開(kāi)始朝著數(shù)字化智能化的方向發(fā)展，而GPS作為一種十分先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，在測(cè)繪工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得十分理想的效果。對(duì)于傳統(tǒng)效率低精度低的測(cè)繪技術(shù)而言，這種基于GPS的先進(jìn)測(cè)繪技術(shù)操作更加簡(jiǎn)單，且測(cè)量工作精度更高、時(shí)間短，有著十分理想的應(yīng)用前景，對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)更有著很大的價(jià)值。