工程測繪中GPS測量技術(shù)的應(yīng)用探討

徐術(shù)

摘要：隨著GPS測量技術(shù)研究的不斷深入，該技術(shù)已在目前各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，特別是在工程測繪方面的推廣應(yīng)用大大提高了工程測繪的質(zhì)量和效率。因此，有必要加強對工程測繪中GPS測量技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用的研究。在概述GPS測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對GPS技術(shù)的研究現(xiàn)狀，對其在工程測繪中的應(yīng)用價值進行了分析，最后對其在實際工作中的應(yīng)用進行了討論。

關(guān)鍵詞：工程測繪；GPS測量技術(shù)；應(yīng)用

一、前言

GPS測量技術(shù)就是全球定位技術(shù)，是實現(xiàn)地球時空導(dǎo)航的重要定位系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，通過GPS測量技術(shù)可以實時地呈現(xiàn)被測對象的位置信息。GPS測量技術(shù)實現(xiàn)定位功能主要是基于GPS接收機，它能夠接收到衛(wèi)星提供的實時信號，從而準(zhǔn)確地就該時刻的具體距離信息進行定位，有效保證定位的準(zhǔn)確性。GPS測量技術(shù)是一種在靜止坐標(biāo)系下實現(xiàn)的測量作業(yè)，在工程測繪中運用該方法，可以將工程測繪效率質(zhì)量顯著提升，使測繪數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，為工程建設(shè)提供準(zhǔn)確有效的參考依據(jù)。

二、GPS測量技術(shù)概述

（一）GPS定位技術(shù)

隨著大量工程投入建設(shè)，對于工程測繪工作要求越來越高，GPS定位技術(shù)作為先進定位技術(shù)之一，目前也在工程測繪中被廣泛應(yīng)用。其中，準(zhǔn)確定位是 GPS定位技術(shù)的根本，主要分為相對定位與絕對定位兩種，兩種技術(shù)存在較大差異，在實際應(yīng)用中操作步驟也不相同。絕對定位技術(shù)應(yīng)用更為廣泛，主要是利用經(jīng)緯度與海拔的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確測定坐標(biāo)位置。相對定位技術(shù)是對同一個GPS衛(wèi)星，將兩個信號接收器放置在基線兩端同步觀測GPS衛(wèi)星，然后通過兩臺GPS接收機所采集到的GPS數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理數(shù)據(jù)后，確定極限兩端點的相對位置。相對定位與絕對定位技術(shù)在實際應(yīng)用中都效果良好，因此需要將測繪目標(biāo)與測繪需求作為依據(jù)，選擇合適的定位技術(shù)。GPS定位技術(shù)在應(yīng)用過程中還需要構(gòu)建完善的定位體系，包括衛(wèi)星、地面信息接收點以及用戶信息接收設(shè)備，通過完善的定位體系可以實現(xiàn)工程建設(shè)的準(zhǔn)確測量[1]。

定位測量主要包括動態(tài)相對定位測量與靜態(tài)相對定位測量兩種。動態(tài)相對定位測量涉及大量工作環(huán)節(jié)，這對測量工作的順利進行是不利的。此外，在測量控制點的設(shè)置上，工作人員不能保證每一個點位的精度，還需要用到載波相位測量來進行定位。為了實現(xiàn)對實測數(shù)據(jù)的實時、精確采集，工作人員必須保證地基GPS接收機的穩(wěn)定、連續(xù)工作。靜態(tài)相對定位測量技術(shù)對于操作人員的工作能力要求較低，實際應(yīng)用難度小，由于觀察時間較短，所以也更加便利。但是需要工作人員對數(shù)據(jù)信息做好整理分析，才可以確保測繪信息的準(zhǔn)確性。因此，工作人員需要對GPS定位技術(shù)熟練掌握，可以將其與慣性導(dǎo)航技術(shù)有機結(jié)合，提高定位的精確度，保障工程測量質(zhì)量。

在GPS測量技術(shù)實際應(yīng)用過程中，首先要合理確定測量區(qū)域，要求技術(shù)人員使用GPS測量技術(shù)前需要合理確定測量區(qū)域，為GPS信號的有效傳輸提供保障，從而提高GPS測量的精確性。通常在工程測繪過程中，會存在大量影響GPS信號傳輸?shù)囊蛩?，包括被測量區(qū)域內(nèi)的建筑、樹木以及電離層等，所以要求測量前充分觀察被測量區(qū)域。最好將信息傳輸設(shè)備設(shè)置在較為空曠的廣場、天橋以及人行道路上，盡可能避免設(shè)置在樹木或建筑物密集的區(qū)域。與此同時，技術(shù)人員還需要對未測量區(qū)域電離層進行檢測，通過分析電離層活躍規(guī)律，盡可能避免電離層過于活躍的區(qū)域，通常在電離層活躍度較低的時間段與區(qū)域進行GPS測量。在完成測量區(qū)域確定后需要緊接著構(gòu)建測量標(biāo)志，設(shè)置測量標(biāo)志可以在工程測繪過程中發(fā)揮著引導(dǎo)與指示的作用，需要在完成工程測繪待測點定位后進行，為GPS測量技術(shù)發(fā)揮作用提供幫助。測量標(biāo)志的設(shè)置需要根據(jù)工程測繪區(qū)域的具體情況來進行，必須由經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員來進行作業(yè)，其中埋入標(biāo)石法作為GPS測量技術(shù)應(yīng)用過程中常用方法之一，為GPS測量技術(shù)應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。然后是實施觀測，再把GPS測量技術(shù)應(yīng)用于工程測繪中。要想確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性，首先要要求技術(shù)人員做好測量準(zhǔn)備工作，對于GPS信號接收器進行校驗，必須確保符合相關(guān)測量規(guī)范與技術(shù)要求，盡可能避免測量過程中存在影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素，合理安排測量時間，將不利因素盡可能降低。

（二）GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)

在工程測繪工作中，工作人員應(yīng)用測量技術(shù)容易受到外界天氣、地形以及地貌等因素的影響，因此會給工程測量工作開展帶來較高難度，無法保證測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果測量工作無法給工程施工提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)參考，非常容易發(fā)生質(zhì)量安全事故。因此，工作人員需要科學(xué)合理地應(yīng)用GPS虛擬定位技術(shù)，將這一技術(shù)作用充分發(fā)揮。如果被測區(qū)域地形較為復(fù)雜，工作人員可以先使用GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建三維立體模型，在模型中對被測區(qū)域全面詳細觀察。工作人員還可以通過三維立體模型及時發(fā)現(xiàn)可能存在的安全問題，既能提高檢測的精度，又能有效防止安全事故的發(fā)生。在進行測量工作之前，工作人員必須利用GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)來建立施工方案的三維立體模型，以確保工程建設(shè)的安全和可行性，為工程測量工作與建設(shè)工作的順利開展提供保障。

三、工程測繪中GPS測量技術(shù)應(yīng)用價值

（一）縮短觀測時間

將GPS測量技術(shù)應(yīng)用于工程測繪中，能夠?qū)崿F(xiàn)對觀察對象的實時定位和導(dǎo)航，以滿足高動態(tài)運動載體對導(dǎo)航的需要。將GPS測量技術(shù)應(yīng)用于接收器中，有利于縮短靜態(tài)相對定位數(shù)據(jù)的采集觀測時間，相較于傳統(tǒng)測繪技術(shù)大幅度提高效率，同時，也有助于確保資料的完整和真實。利用GPS測量技術(shù)建立完備的測控網(wǎng)絡(luò)，也能起到縮短觀測時間、提高觀測效率的作用。近年來，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，相對靜態(tài)數(shù)據(jù)定位范圍也不斷擴大，可以在20分鐘左右對最大范圍20千米進行觀測。

（二）定位精度更高

GPS測量技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用，有助于提高其定位精度。相較于傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，使用GPS定位技術(shù)可以得到更大的收獲范圍、更小的測量誤差。在工程施工中應(yīng)用GPS技術(shù)，可以做到精確化定位，通?？梢詫y繪誤差控制在1mm。GPS測量技術(shù)應(yīng)用于高層建筑工程測繪中，可以保持5mm以內(nèi)的絕對定位平面數(shù)據(jù)。目前，在差分定位領(lǐng)域與實時動態(tài)定位領(lǐng)域中，應(yīng)用GPS測量技術(shù)具有更高的測量精準(zhǔn)度，可以將定位精準(zhǔn)度控制在厘米級別。

（三）操作方法更加簡單

在工程測繪中應(yīng)用GPS測量技術(shù)更加方便工作人員操作。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS測量技術(shù)可以初步實現(xiàn)自動化操作，在使用過程中，技術(shù)人員只要通過遠程就能隨時得到所需的資料，并能確保信息的正確性。在GPS測量技術(shù)的運用中，檢測裝置的自檢功能也得到了增強，在裝置運行不正常的情況下，自檢系統(tǒng)會在裝置出現(xiàn)異常時報警，為設(shè)備檢驗員和維修員提供便利。同時，GPS測量技術(shù)還可以與其他先進技術(shù)相結(jié)合，不但可以保證測繪信息及時反饋，還有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，為工程施工提供保障。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，在社會各個領(lǐng)域中都得到了一定應(yīng)用，測量精度進一步提高，并且與信息化技術(shù)和智能技術(shù)融合，促進工程測繪工作走向自動化與智能化[2]。

（四）通視條件要求低

傳統(tǒng)的工程測量方法在工程測量中，對觀測點的通視條件和圖像結(jié)構(gòu)都有很高的要求，若觀測點的通視條件不好，則會造成觀測結(jié)果與真實數(shù)據(jù)相差很大。GPS測量技術(shù)在工程測繪中的運用，能夠使工作人員得到更為寬廣的觀測視角，在觀測點間的通視條件不佳的情況下，還能夠通過測繪設(shè)備和衛(wèi)星間的通視來確保測量工作的質(zhì)量。此外，因為傳統(tǒng)測量技術(shù)的成本較高，尤其是測量點的選擇確定工作，需要花費大量成本。在工作人員應(yīng)用GPS測量技術(shù)后不需要選擇固定的測量點，可以根據(jù)實際測量情況合理應(yīng)用，將測量效率顯著提高，并且還有利于合理控制測量成本。

四、工程測繪中GPS測量技術(shù)具體應(yīng)用

（一）城市測繪中GPS技術(shù)應(yīng)用

GPS技術(shù)在城市建設(shè)測繪中也得到了大范圍應(yīng)用。由于我國城市化進程的持續(xù)推進，大量城市建筑投入建設(shè)，工程測繪工作是城市建設(shè)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系著城市現(xiàn)代化發(fā)展。所以，要將GPS技術(shù)科學(xué)合理地應(yīng)用于城市建設(shè)測繪中，幫助施工單位獲取更加準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)信息，在準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上做好城市建設(shè)規(guī)劃工作。目前，由于我國城市建設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，城市中存在大量各類管線管道，不利于展開城市建設(shè)測繪工作。工作人員采用傳統(tǒng)測量方法時，需確定城市測繪控制網(wǎng)的可控制點，且各點間需保持通視，采用這種測量方法不僅需消耗大量的人力物力，而且還會影響測量結(jié)果的精度。將GPS測量技術(shù)應(yīng)用于城市測繪工作中，可以直接通過衛(wèi)星信號來確定各點的準(zhǔn)確位置，不用受到各點位之間的通視限制。GPS技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的成果，將其合理地應(yīng)用于城市測繪中，不但可以將測繪效率、測繪質(zhì)量提高，同時還可以減少消耗人力與物力。但是，隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，GPS技術(shù)應(yīng)用過程中會花費大量時間來采集數(shù)據(jù)，無法做到實時定位測繪，所以可以融合GPS技術(shù)與RTK技術(shù)，使工程測繪數(shù)據(jù)采集更加迅速[3]。

（二）線路勘測中應(yīng)用GPS技術(shù)

在工程建設(shè)過程中，工作人員可以將GPS控制網(wǎng)設(shè)置在勘察線路上，然后再通過GPS信號接收機對勘察線路進行動態(tài)化觀測，通常將觀測時間控制在30分鐘至90分鐘。最后，需要由專業(yè)工作人員對測繪數(shù)據(jù)信息收集分析。與此同時，還可以利用GPS技術(shù)來開展大比例尺地形圖繪制工作，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，利用GPS測量的結(jié)果更加清晰明確，地圖繪制更加精細。在工程施工過程中，還可以通過GPS測量技術(shù)對施工土石方量進行計算，將計算機技術(shù)、繪圖技術(shù)和GPS測量技術(shù)有機地結(jié)合起來，對測量數(shù)據(jù)進行深入分析，以精確地獲得土石方量的數(shù)量，輔助工程建設(shè)。

（三）建筑變形測量中GPS測量技術(shù)應(yīng)用

在工程建設(shè)和運營過程中，由于各種因素的作用，包括地震、地下水過度開采等都會造成建筑物變形，所以必須采取相應(yīng)措施監(jiān)測跟蹤建筑物的變形情況，將GPS測量技術(shù)運用到建筑物的變形測量工作中，能夠極大地提高測量的精度。當(dāng)前，隨著我國城市建設(shè)項目數(shù)量與規(guī)模的增加，建筑工程面臨越來越嚴(yán)重的變形破壞問題，比如地震災(zāi)害、地下水過度開采等因素都會導(dǎo)致建筑工程地基出現(xiàn)變形沉降。所以，在具體施工中要求施工單位根據(jù)具體施工情況，充分進行建筑變形測繪工作，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與實質(zhì)性。通過分析處理所采集到的數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)存在異常問題及時采取措施，避免建筑結(jié)構(gòu)變形影響建筑工程的正常使用。把GPS技術(shù)應(yīng)用于測量建筑物變形程度中，對于提高工作效率和工作質(zhì)量具有顯著幫助，同時還可以實現(xiàn)作業(yè)的自動化，確保建筑物各種數(shù)據(jù)的精度和完整性。

（四）精密工程測量中GPS測量技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前，GPS測量技術(shù)憑借其自身的優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于多個領(lǐng)域。在測量精度上，GPS測量技術(shù)比傳統(tǒng)測量技術(shù)擁有更高的檢測精度，并且測量效率較高，使用成本較低，更加方便工作人員操作。因此，目前GPS測量技術(shù)可以應(yīng)用于精密工程測量中，比如在貫通隧道施工測量工作中，可以利用GPS測量技術(shù)保證隧道貫通精確度。因此，必須由施工單位來決定掘進方向，并對隧洞標(biāo)高和斜坡進行適當(dāng)控制，確保挖掘方向始終保持正確。在工程施工中還可以利用GPS技術(shù)嚴(yán)格控制開挖順序，施工單位可以在施工現(xiàn)場設(shè)置測量點與后視點，利用GPS技術(shù)進行測繪，確保隧道開挖更加準(zhǔn)確安全[4]。

（五）水下地形測繪中GPS測量技術(shù)應(yīng)用

目前在水下地形測繪中，GPS測量技術(shù)得到了初步應(yīng)用，并且已經(jīng)發(fā)揮了重要應(yīng)用價值。工作人員使用GPS測量技術(shù)對水下地形進行測繪，首先要建立一套完整的水底測量系統(tǒng)，測量人員要將GPS接收機、探測器、潮位機等設(shè)備相連，最后再與終端設(shè)備相連。在實際測量中，測量工作系統(tǒng)的GPS接收機利用GPS衛(wèi)星信號基站和差分基站來獲得測量數(shù)據(jù)，工作人員利用計算機來確定測量線路的初始坐標(biāo)和終點坐標(biāo)。通過利用GPS接收機就可以直接獲取實際測量坐標(biāo)，并且將相關(guān)數(shù)據(jù)信息錄入計算機系統(tǒng)中，然后通過計算機系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)化坐標(biāo)值參數(shù)，并對其進行計算。在實際水下地形測繪過程中，要求測繪人員及時掌握測繪工作狀態(tài)，對導(dǎo)航監(jiān)視器所發(fā)出的指令信號及時關(guān)注，并對測繪線路及時跟蹤，修正測繪船航行方向。同時，測繪人員在實際測量工作與定位工作過程中，必須對計算機科學(xué)合理利用，將所獲取的測量結(jié)果自動化記錄，并對相關(guān)信息有效分析并儲存，使數(shù)據(jù)信息更加完整準(zhǔn)確，促使水下地形勘測工作有序開展。

（六）工程水準(zhǔn)測量中GPS測量技術(shù)應(yīng)用

在工程建設(shè)中需要進行大量測量項目，覆蓋范圍較為廣闊，其中，工程水準(zhǔn)測量是一項主要的測量工作內(nèi)容。因為工作人員采用的是傳統(tǒng)的測量技術(shù)，所以在進行水準(zhǔn)測量的時候，會出現(xiàn)一些缺陷。測繪人員在測量水準(zhǔn)點的時候，只是依賴于計算機系統(tǒng)來進行估算，而沒有將現(xiàn)場的考察工作做好，這就造成了估算水準(zhǔn)點與測量水準(zhǔn)點的差別很大，無法保證測繪工作的精確度。在工程水準(zhǔn)測量工作中引進GPS測繪技術(shù)，可以將工程水準(zhǔn)測繪問題有效解決。測繪人員可以通過GPS測繪技術(shù)中的GPS接收機對實際導(dǎo)航信息收集分析，并且根據(jù)導(dǎo)航信號開展及時跟蹤記錄。在實際外業(yè)觀測工作開展中，要求測繪人員根據(jù)各個環(huán)節(jié)測繪工作的操作制度依次進行，對工作人員操作行為進一步規(guī)范，盡可能避免發(fā)生測繪誤差問題，有效提高測繪工作準(zhǔn)確性。例如，在繪制公路工程水準(zhǔn)的時候，測繪人員可以利用GPS測量技術(shù)，以衛(wèi)星同步圖為基礎(chǔ)，對公路工程水準(zhǔn)進行全面觀測，并根據(jù)測繪路段實際地形地貌來確定公路工程水準(zhǔn)，從而選擇應(yīng)用最為合適的測量方案。在工程測繪的過程中，必須精確地定位測繪水準(zhǔn)點，測繪人員在繪制的路段上，每隔200米就能確定一個對應(yīng)的水準(zhǔn)點，確保工程水準(zhǔn)測繪過程中可以對數(shù)據(jù)信息及時收集記錄。

（七）網(wǎng)格控制應(yīng)用

GPS測量技術(shù)在網(wǎng)點控制中的應(yīng)用具有較大優(yōu)勢，相較于其他測量技術(shù)，在測量地面數(shù)據(jù)方面具有更高的準(zhǔn)確性與測量效率。由于傳統(tǒng)測量技術(shù)需要花費大量時間與精力，但仍然無法獲取良好的網(wǎng)點控制效果，因此針對這個問題，只能重新規(guī)劃、科學(xué)有效地控制網(wǎng)點，使人力與物力消耗進一步增加。但GPS技術(shù)不同，將GPS技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)點控制中不但可以保證測量準(zhǔn)確性，同時可以將測量范圍擴大，在保證測量質(zhì)量的基礎(chǔ)上進一步提高測量效率。

（八）房地產(chǎn)測繪應(yīng)用

房地產(chǎn)工程測繪工作主要包括工程位置地點測量與房屋界點測量，目前 ，GPS測量技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于房地產(chǎn)工程測量中。雖然相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)具有較高的測量準(zhǔn)確性，但是在測量實時性方面還存在一定滯后，因此可以將GPS測量技術(shù)與RTK技術(shù)深入結(jié)合，有效提高GPS測量技術(shù)的應(yīng)用實時性，并且可以幫助測量數(shù)據(jù)的精確性進一步提高，最終達到厘米級。GPS測量技術(shù)在結(jié)合 RTK技術(shù)后可以提高房地產(chǎn)工程坐標(biāo)數(shù)據(jù)精確性，相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)具有更高精確性與便捷性。部分房地產(chǎn)工程測量還需要在野外環(huán)境進行，雖然應(yīng)用傳統(tǒng)的平板儀補測法可以達到一定的土地勘測效果，但是檢測效率較低，對技術(shù)人員能力要求較高。因此，目前GPS測量技術(shù)在房地產(chǎn)工程測繪中應(yīng)用越來越廣泛，通過自身便捷的動態(tài)化測量，有效提高土地勘測效率與準(zhǔn)確性。

（九）外業(yè)測繪應(yīng)用

在外業(yè)測繪中應(yīng)用GPS測量技術(shù)，最重要的是合理科學(xué)地選擇測量點，只要確定前期測量點選擇正確后，才可以保證后期觀測工作順利展開，使最終測量結(jié)果更加精確，盡可能避免不必要的步驟造成人力與資源浪費。所以，在開展外業(yè)測繪前要求技術(shù)人員做好各方面準(zhǔn)備工作，比如獲取測繪區(qū)域地理位置信息、標(biāo)架與標(biāo)型收集，只有在做好準(zhǔn)備工作后才能準(zhǔn)確選擇測定點。GPS測量技術(shù)在外業(yè)測繪中主要通過開機觀測與無線安置方式，相較于傳統(tǒng)測量項目存在一定差異，在使用GPS測量設(shè)備時，必須按照所選擇的測量點進行安裝，將GPS測量設(shè)備與點位保持垂直。除此之外，天線基座也需要與標(biāo)志上方中心相對準(zhǔn)，然后才能開展測繪工作。在實際測量中，要求測量方向必須變更多次，且每次不能相同，以獲得多個方向的測量數(shù)據(jù)。

五、結(jié)語

工程測繪是工程施工中的重要組成部分，它的測量精度對工程施工質(zhì)量有著重要影響。因此，施工單位越來越注重提高工程測繪精確度，如何將GPS測量技術(shù)更好地應(yīng)用于工程測量，是確保測量精度的重要前提。要求測繪人員應(yīng)全面深入地分析GPS測量技術(shù)在測繪工作中的應(yīng)用現(xiàn)狀，從而確定這一方法對工程測量的重要性。在此基礎(chǔ)上，進一步提高這一技術(shù)在水底地貌制圖、水平線、工程形變和位置觀測等方面的應(yīng)用，從而有效地保證工程測量的整體質(zhì)量和精度。

參考文獻

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作者單位：重慶市勘測院

■ 責(zé)任編輯：尚丹