GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

殷立軍 高偉 葛延

北京帝測(cè)科技股份有限公司 北京 102200

引言

想要對(duì)現(xiàn)階段工程測(cè)量過程中GPS控制測(cè)量技術(shù)在平面與高程測(cè)量過程中所能夠得到的測(cè)量精度進(jìn)行深入的分析與探討，首先要對(duì)GPS控制測(cè)量技術(shù)進(jìn)行一個(gè)深入而全面的研究。所謂的GPS控制測(cè)量技術(shù)，指的是利用空間飛行衛(wèi)星，南向地面廣播進(jìn)行頻率和特殊定位信息的無線電信號(hào)發(fā)送，來幫助進(jìn)行定位測(cè)量的技術(shù)，這種技術(shù)相比較普通測(cè)量方式而言，具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

1 GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用原理

GPS技術(shù)是通過衛(wèi)星完成定位的技術(shù)，用于工程測(cè)量領(lǐng)域可以為其提供準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)，降低外部環(huán)境對(duì)結(jié)果的影響，保證數(shù)據(jù)的可靠性。GPS技術(shù)由空間部分、地面控制部分以及用戶設(shè)備部分組成，其中，空間部分為GPS星座，地面部分為地面控制系統(tǒng)，用戶端為GPS信號(hào)接收設(shè)備。人們依靠該技術(shù)可以對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行全地形的測(cè)量，加強(qiáng)對(duì)工程的質(zhì)量管理。GPS可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，系統(tǒng)自動(dòng)化水平較高，定位所需時(shí)間較短，主要是以地表和GPS接收機(jī)為基準(zhǔn)，接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)后，計(jì)算波頻距離，再依據(jù)衛(wèi)星位置信息計(jì)算大地坐標(biāo)[1]。GPS定位精確度和衛(wèi)星接收量之間有著緊密的聯(lián)系，是目前用于內(nèi)外測(cè)繪的定位技術(shù)。三顆及以上衛(wèi)星同時(shí)發(fā)出信號(hào)，衛(wèi)星與接收器間距離不同，到達(dá)目的地時(shí)間也不一樣，所以具體的定位精確度也會(huì)有所差異。

2 地質(zhì)測(cè)繪工作內(nèi)容

隨著當(dāng)前信息技術(shù)水平的不斷提升，傳統(tǒng)的地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前地質(zhì)測(cè)繪工作的要求，所以各類新型技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)測(cè)繪工作中，特別是數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)。通過對(duì)地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)的有效應(yīng)用，使工作人員更好地掌握區(qū)域環(huán)境土壤情況，為后續(xù)的資源開發(fā)提供幫助。在測(cè)繪過程中環(huán)境較為復(fù)雜，所以就需要正確合理地應(yīng)用地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)，以此來減輕工作人員的工作壓力。采集作為地質(zhì)測(cè)繪中的主要環(huán)節(jié)，需要認(rèn)真控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，確保測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。通過地質(zhì)測(cè)繪才能夠?yàn)榈刭|(zhì)工作提供具體的地形圖、剖面圖等等，還能夠明確鉆孔的具體位置，這是礦產(chǎn)勘查和地質(zhì)調(diào)整等測(cè)繪工作的總稱，也是地質(zhì)勘探和普查中最為基礎(chǔ)的工作內(nèi)容[2]。以往工作人員都是利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備，但是隨著技術(shù)水平的提升，當(dāng)前人們可以利用GPS技術(shù)來進(jìn)行有效測(cè)量，不僅能夠降低測(cè)繪難度，而且還能夠確保數(shù)據(jù)和圖形的準(zhǔn)確性。地質(zhì)測(cè)繪對(duì)于我國資源利用和礦產(chǎn)開發(fā)都有著非常大的作用，所以在具體工作中就需要積極采取相應(yīng)措施，工作人員也應(yīng)該加強(qiáng)重視，這樣才能夠保證工作的順利開展。

3 GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用

由于GPS控制測(cè)量技術(shù)具有普通測(cè)量技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此在未來的工程測(cè)量過程中，GPS控制測(cè)量技術(shù)將會(huì)成為主流的測(cè)量技術(shù)來進(jìn)行使用，但由于其在高程精度測(cè)量方面仍然存在著較為明顯的誤差，因此有關(guān)技術(shù)研究人員需要嘗試制定出具有可行性的方案和措施，來提升GPS控制測(cè)量技術(shù)，在高層測(cè)量方面的精準(zhǔn)程度。下文將對(duì)有關(guān)措施進(jìn)行深入的研究與分析。

3.1 定位應(yīng)用

GPS技術(shù)在野外測(cè)繪過程中發(fā)揮著極為重要的作用。在具體的應(yīng)用過程中，想要充分發(fā)揮該技術(shù)的作用，就需要對(duì)落實(shí)好定位工作，這就要求測(cè)繪人員尋找到與之相契合的測(cè)量點(diǎn)。在對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行劃分前需結(jié)合工和的實(shí)際情況對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選擇，通常需要使用三個(gè)不同緯度的劃分來對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行確定，再對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)的測(cè)量設(shè)備做出明確，以使該技術(shù)得以發(fā)揮其功能，使工程的前期工作得以有序展開。

3.2 對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理

在采用GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，要對(duì)原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和整理，為后續(xù)的計(jì)算分析打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，例如，采用GPS進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要提前對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還要對(duì)各種基線向量加以計(jì)算，與反復(fù)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此獲取更加清晰準(zhǔn)確的結(jié)果，再進(jìn)行預(yù)處理，將相關(guān)數(shù)據(jù)作為明確依據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算，計(jì)算中也要通過獨(dú)立的基線組合成閉合圖形，再利用三維基線和相應(yīng)的方差協(xié)作，以一種觀測(cè)信息呈現(xiàn)出來。采用GPS網(wǎng)中的三維無約束平差計(jì)算，在國家坐標(biāo)系或是城市坐標(biāo)系進(jìn)行二維約束平差。

3.3 水下地質(zhì)測(cè)繪

在新形勢(shì)下，地質(zhì)測(cè)繪的難度較高，傳統(tǒng)的地質(zhì)測(cè)繪方法已經(jīng)無法滿足實(shí)際需求，各方面的問題將會(huì)不斷涌現(xiàn)，這樣就導(dǎo)致地質(zhì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度降低，而且測(cè)繪的時(shí)間較長，無法保證最終測(cè)繪質(zhì)量，不利于提高工作效率，需要積極完善。通過利用GPS技術(shù)，測(cè)繪人員在開始進(jìn)行測(cè)繪前做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格檢查GPS設(shè)備的性能，保證水質(zhì)測(cè)繪的順利開展，有效提高水下地質(zhì)測(cè)繪工作質(zhì)量。在進(jìn)行水下地質(zhì)測(cè)繪過程中，工作人員還需要根據(jù)實(shí)際情況，分析相應(yīng)因素，將天線擺放至合理位置，保證了解水位情況，讓水下地質(zhì)測(cè)繪工作能夠順利進(jìn)行。與此同時(shí)，工作人員要從多個(gè)角度出發(fā)，做好放樣工作。比如，深入分析供水線路，優(yōu)化GPS功能，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，構(gòu)建所需要進(jìn)行測(cè)繪的空間和坐標(biāo)，利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行繪圖和建模，為水下地質(zhì)測(cè)繪工作提供幫助。在這其中，如果接收到衛(wèi)星信號(hào)，那么工作站就應(yīng)該進(jìn)行校對(duì)，及時(shí)地將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，在更換坐標(biāo)定位情況下，按照周期傳輸?shù)姆椒▽?shù)據(jù)傳輸出去，保證水下地質(zhì)測(cè)繪不會(huì)受到外界因素的影響。工作人員還可以通過傳播定位數(shù)據(jù)的方法，更好地了解水下地形情況，為后續(xù)工作打下良好基礎(chǔ)，提高水下地質(zhì)測(cè)繪工作效率。

3.4 構(gòu)建工程控制網(wǎng)

工程控制網(wǎng)的構(gòu)建是工程測(cè)量的基礎(chǔ)，需重視控制網(wǎng)的網(wǎng)型與信息精度，防止對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。場地中工程控制網(wǎng)的覆蓋面積一般比較小，且點(diǎn)位密度略大，所以工程控制網(wǎng)對(duì)精度要求普遍較高[3]。常規(guī)使用方法有很多，如可以使用邊角網(wǎng)控制GPS完成定位。應(yīng)用GPS技術(shù)建立道路勘探控制網(wǎng)，這類控制網(wǎng)有著橫向較窄的特點(diǎn)，過去測(cè)量人員側(cè)重于選擇三角鎖導(dǎo)線方案，通過分段實(shí)施避免誤差積累，但這樣的控制網(wǎng)構(gòu)建方式會(huì)讓流程變得復(fù)雜。GPS技術(shù)應(yīng)用之后，該技術(shù)可以構(gòu)成較長的GPS點(diǎn)三角鎖，支持長距離的線路坐標(biāo)測(cè)量，防止操作時(shí)遇到問題。測(cè)繪控制網(wǎng)是項(xiàng)目施工的基礎(chǔ)性內(nèi)容，其測(cè)繪到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性將會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。對(duì)精度有著較高要求的控制網(wǎng)就是一級(jí)控制網(wǎng)，這也是工程測(cè)繪的參照點(diǎn)，對(duì)定位數(shù)據(jù)提出了很高的要求。構(gòu)建工程一級(jí)控制網(wǎng)，以往人們采用邊角法，應(yīng)用測(cè)繪設(shè)備對(duì)三角網(wǎng)與導(dǎo)線加以控制，隨后確定坐標(biāo)位置，建立測(cè)繪控制網(wǎng)。實(shí)際上邊角法僅僅適合用在小范圍的測(cè)繪工作，不能用在大范圍工程測(cè)繪中，邊角法應(yīng)用容易出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)精確度無法保障。所以，此時(shí)采用GPS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊角法的有效補(bǔ)充，完成工程測(cè)量中對(duì)點(diǎn)的精確控制，保證測(cè)繪網(wǎng)準(zhǔn)確度與實(shí)用性。

3.5 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的應(yīng)用

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)就是RTK技術(shù)，其在實(shí)際的測(cè)量工作中需在地面測(cè)量點(diǎn)安裝GPS接收機(jī)，同時(shí)把該測(cè)量點(diǎn)作為準(zhǔn)確點(diǎn)，再將GPS衛(wèi)星接收測(cè)量信息與該點(diǎn)連接起來，從而獲取實(shí)時(shí)有效的信息，與此同時(shí)，也可以將測(cè)量信息及時(shí)有效地傳輸?shù)綔y(cè)量流動(dòng)站和中心測(cè)量站上。流動(dòng)測(cè)量站需要接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)還需要獲取相關(guān)信息。對(duì)所有獲取的信息進(jìn)行科學(xué)有效的整合，充分發(fā)揮GPS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的研究和分析，測(cè)量流動(dòng)站坐標(biāo)會(huì)上傳至計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)中并完成相關(guān)信息的回傳，從而形成良好的動(dòng)態(tài)測(cè)繪參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)繪。RTK的工程程序較清晰，GPS技術(shù)可以觀測(cè)到視線范圍內(nèi)相關(guān)所有衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行狀況，在進(jìn)行信息傳輸過程中需要借用無線機(jī)械設(shè)備來完成。流動(dòng)站主要是對(duì)信息進(jìn)行接收并做加工，同時(shí)還可以把相關(guān)信息進(jìn)行展示。如在地震預(yù)報(bào)中應(yīng)用GPS技術(shù)來對(duì)地殼的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，并對(duì)地震前地形變化進(jìn)行總結(jié)。

3.6 分析文件數(shù)據(jù)

在利用CASS處理數(shù)據(jù)過程中，工作人員可以利用三角網(wǎng)計(jì)算的方法來計(jì)算土方量[4]。第一，要先繪制邊界線，然后具體選擇邊界線，在這其中要保證邊界線處于閉合狀態(tài)，如果系統(tǒng)沒有顯示邊界線閉合，工作人員就應(yīng)該利用CASS軟件來進(jìn)行操作。第二，應(yīng)該輸入具體數(shù)據(jù)，利用有效高程點(diǎn)來輸入坐標(biāo)，這樣CASS系統(tǒng)就能夠自動(dòng)形成計(jì)算表，工作人員就可以將數(shù)據(jù)輸入到其中，計(jì)算出最終的土方量。在整個(gè)測(cè)繪過程中，工作人員會(huì)利用GPS技術(shù)來對(duì)數(shù)據(jù)分析，以保證數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。

3.7 進(jìn)行天線高測(cè)量精準(zhǔn)性的提升

天線高的測(cè)量精準(zhǔn)性就會(huì)對(duì)GPS高程測(cè)量的最終數(shù)據(jù)精準(zhǔn)程度產(chǎn)生較大的影響，因此在進(jìn)行天線測(cè)量的過程中，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)嘗試進(jìn)行測(cè)量方式的改進(jìn)與完善，在傳統(tǒng)的戶外測(cè)量工作展開的過程中，大部分技術(shù)人員都會(huì)將天線的斜高作為測(cè)量值來進(jìn)行測(cè)量，但實(shí)際上，這種測(cè)量值所獲得的最終測(cè)量結(jié)果并不精準(zhǔn)，為了進(jìn)行誤差范圍的進(jìn)一步縮小，有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)嘗試進(jìn)行測(cè)量方式和理念的改進(jìn)與完善，譬如工作人員可以嘗試通過多次測(cè)量取平均值的方式來進(jìn)行誤差的控制，又或是可以根據(jù)測(cè)量地點(diǎn)和地理環(huán)境的不同來進(jìn)行各種不同測(cè)量方式的使用，務(wù)必使得天線高的最終測(cè)量數(shù)據(jù)變得更為準(zhǔn)確。

3.8 野外地質(zhì)測(cè)繪

在地質(zhì)測(cè)繪構(gòu)成中，野外地質(zhì)測(cè)繪是其重要組成部分，也是其中不能夠忽視的關(guān)鍵內(nèi)容，有著非常重要的作用。在野外測(cè)繪過程中，測(cè)繪人員要合理應(yīng)用GPS功能[5]。比如，GPS具有的定位、導(dǎo)航功能等等，工作流程簡單，能夠在短時(shí)間內(nèi)保證定位的精準(zhǔn)，減少工作人員的工作量，更好地保證野外測(cè)繪的準(zhǔn)確。如果野外測(cè)繪的地形復(fù)雜，測(cè)繪有著很大的難度，測(cè)繪人員就可以結(jié)合實(shí)際情況，合理應(yīng)用GPS技術(shù)，充分發(fā)揮衛(wèi)星的作用，避免地質(zhì)測(cè)繪受到外界地形因素的影響，確保野外地形測(cè)繪數(shù)據(jù)能夠更加準(zhǔn)確，保證各類野外地質(zhì)測(cè)繪工作的有效開展。在這其中，測(cè)繪人員可以利用GPS技術(shù)來科學(xué)合理地收集野外地質(zhì)測(cè)繪數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。特別是在天氣不斷變化的情況下，更加需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對(duì)野外地質(zhì)測(cè)繪中的各類突發(fā)情況，做好相關(guān)預(yù)防工作，保證野外測(cè)繪地質(zhì)、觀測(cè)點(diǎn)能夠更加準(zhǔn)確，幫助野外地質(zhì)測(cè)繪工作有效開展，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)更好地提高野外地質(zhì)測(cè)繪工作質(zhì)量。

4 GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的發(fā)展前景

計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的發(fā)展轉(zhuǎn)變了人們的生活方式，給市場增添了更多活力。隨著社會(huì)需求不斷增加，道路工程建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，為了保證工程測(cè)量質(zhì)量，有必要發(fā)揮GPS技術(shù)的應(yīng)用作用，轉(zhuǎn)變以往工程測(cè)量技術(shù)的不足，保證測(cè)量效果的適用性，使測(cè)量工作不會(huì)受到外界環(huán)境因素的干擾，全方位展開數(shù)據(jù)采集與處理。隨著GPS技術(shù)的持續(xù)應(yīng)用，未來工程測(cè)量將會(huì)朝著智能化的方向前進(jìn)，數(shù)據(jù)采集將會(huì)更加獨(dú)立，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和圖形處理奠定基礎(chǔ)。未來GPS技術(shù)將會(huì)與高程擬合計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，所以，GPS技術(shù)將會(huì)邁向集成化的發(fā)展方向，使數(shù)據(jù)測(cè)繪的精確度不斷提升。

5 結(jié)束語

總而言之，進(jìn)行工程測(cè)量過程中GPS控制測(cè)量技術(shù)在高程測(cè)量過程中的精度提升是很有必要的，這能夠使得未來工程測(cè)量技術(shù)在精度和質(zhì)量方面得到更為完美的突破，因此有關(guān)技術(shù)人員務(wù)必要對(duì)此引起足夠的重視，采取必要的措施與手段進(jìn)行GPS控制測(cè)量技術(shù)的改進(jìn)與完善。