GPS測(cè)繪技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用探究

［關(guān)鍵詞］GPS測(cè)繪技術(shù)；測(cè)繪工程；精密工程；城市建設(shè)

如今，GPS測(cè)繪被廣泛應(yīng)用，從根本上優(yōu)化工程測(cè)繪方式，是常使用的技術(shù)手段。工程作業(yè)期間，利用GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)繪，大幅提高工程測(cè)量質(zhì)量與效率，推動(dòng)工程建設(shè)工作順利、高效開展。

1. GPS 測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)分析

1.1定位精度

高GPS測(cè)繪技術(shù)操作原理是利用衛(wèi)星在太空中的位置，計(jì)算得到在地球上的相應(yīng)點(diǎn)，以此測(cè)量三個(gè)衛(wèi)星地球某一點(diǎn)的距離。GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用過程中，主要包括三項(xiàng)基本內(nèi)容即地面控制、用戶設(shè)備、空間星座。依托技術(shù)原理，可快速得到點(diǎn)、線、面三維坐標(biāo)，提高測(cè)量精確性。同時(shí)，GPS測(cè)繪技術(shù)還能夠根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到預(yù)期測(cè)量效果。

1.2測(cè)繪自動(dòng)化

GPS測(cè)繪技術(shù)表現(xiàn)出極高的自動(dòng)化特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)智能化操控，為測(cè)繪結(jié)果的匯總與計(jì)算提供可靠技術(shù)支持。借助該技術(shù)開展繪圖時(shí)，能夠優(yōu)化流程，省去一些不必要環(huán)節(jié)，特別是部分圖標(biāo)、符號(hào)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單選擇便可。此外，由GPS測(cè)繪技術(shù)繪制的圖紙具備較高清晰度，還能降低圖標(biāo)區(qū)分難度，為工程測(cè)繪工作提供參考[1]。

1.3操作便捷

GPS測(cè)繪技術(shù)可自動(dòng)開啟衛(wèi)星定位系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪目標(biāo)的跟蹤定位，因其自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)極具應(yīng)用意義。同時(shí)，技術(shù)的運(yùn)用可從根本上彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)在操作方面的不足，并起到減少工人工作量的作用，既能夠大幅提升工程測(cè)繪效率，又可規(guī)避人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。一般來說，GPS測(cè)繪技術(shù)可以在20 min內(nèi)，有效測(cè)量20 km范圍內(nèi)的靜態(tài)目標(biāo)，還能夠以最短時(shí)間將初始化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦櫠ㄎ荒Ｊ?，促使GPS測(cè)繪技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。

1.4測(cè)繪范圍廣

以往使用的基線測(cè)量方法受自身?xiàng)l件的限制只能執(zhí)行短距離測(cè)繪作業(yè)，且無法保證測(cè)繪結(jié)果準(zhǔn)確。GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用可有效解決這一問題，彌補(bǔ)傳統(tǒng)基線測(cè)量的不足。對(duì)于靜態(tài)定位模式測(cè)繪工程來說，若基線小于50 km，測(cè)量精度為1×10^-6～2×10^-6；如果基線在100～500 km 之間，GPS 測(cè)繪技術(shù)測(cè)量精度為1×10^-6～1×10^-7?，F(xiàn)如今，科技的發(fā)展促使GPS技術(shù)越發(fā)完善并被應(yīng)用于多類測(cè)繪工程，比如土地測(cè)量、工程測(cè)量、航空測(cè)量等，打破時(shí)間、地點(diǎn)的限制，極具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2. 工程測(cè)繪中GPS 測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀研究

傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)表現(xiàn)出效率低、精度低、成本高的缺點(diǎn)，因此，GPS測(cè)繪技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)量，依托技術(shù)操作便捷性、測(cè)繪精度效率高等優(yōu)勢(shì)，提高工程測(cè)繪質(zhì)量。將GPS測(cè)繪技術(shù)與RTK技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，還可起到精準(zhǔn)定位地形的作用，得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，技術(shù)測(cè)量精確度見表1。

此外，應(yīng)用GPS 測(cè)繪技術(shù)定位300～1500 km 范圍內(nèi)的工程時(shí)，可連續(xù)作業(yè)1 h，且誤差始終控制在1 mm以下。在GPS測(cè)繪技術(shù)幫助下，能夠大幅提高工程測(cè)繪效率，增強(qiáng)測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)性，為工程測(cè)繪作業(yè)高質(zhì)量推進(jìn)提供可靠技術(shù)支撐。

3. 工程測(cè)繪中GPS 技術(shù)應(yīng)用探討

3.1精密工程測(cè)量

GPS測(cè)繪技術(shù)表現(xiàn)出極高的精確性，能夠基本滿足精密工程測(cè)繪工作在測(cè)量精度方面的需求。將技術(shù)應(yīng)用于精密工程測(cè)繪，執(zhí)行前期數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理工作，可為工程后期建設(shè)提供完整數(shù)據(jù)支撐。

GPS測(cè)繪技術(shù)的具體操作：建立與測(cè)繪需求相適合的高等級(jí)控制網(wǎng)，在布設(shè)時(shí)，一般采用C級(jí)或D級(jí)GPS控制網(wǎng)結(jié)合三等水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)布設(shè)方式（標(biāo)準(zhǔn)如表2所示），并在工程施工區(qū)域內(nèi)，合理確定控制點(diǎn)位置與數(shù)量。借助GPS接收機(jī)，以邊連接的方式連測(cè)各控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，使用隨機(jī)軟件、專業(yè)處理軟件完成數(shù)據(jù)的匯總與校驗(yàn)工作。若在此過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與工程實(shí)際數(shù)據(jù)偏差較大，則需重新執(zhí)行測(cè)繪工作，對(duì)重測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，執(zhí)行平差計(jì)算作業(yè)，保證測(cè)繪結(jié)果準(zhǔn)確[2]。

3.2工程變形監(jiān)測(cè)

工程施工期間，很多因素會(huì)影響工程質(zhì)量，包括地質(zhì)因素、人為因素、施工因素等，甚至?xí)?dǎo)致工程變形，不利于施工有序進(jìn)行。若不能在第一時(shí)間進(jìn)行處理，還會(huì)對(duì)人身安全構(gòu)成極大威脅。對(duì)此，首先，須在工程建設(shè)前，科學(xué)使用GPS測(cè)繪技術(shù)，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置變化情況的全過程采集與記錄，施工人員則需根據(jù)數(shù)據(jù)判斷該施工區(qū)域整體情況。技術(shù)操作流程為先結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件與地形、地勢(shì)情況，執(zhí)行變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)工作，合理確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，完成工程初始數(shù)據(jù)信息的采集。其次，嚴(yán)格按照工程施工進(jìn)度，開展監(jiān)測(cè)點(diǎn)跟蹤監(jiān)測(cè)工作。最后，匯總每次觀測(cè)結(jié)果，并與前一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出數(shù)據(jù)變化規(guī)律，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。數(shù)據(jù)分析過程中，若發(fā)現(xiàn)形變量不在合理范圍內(nèi)，則需立即采取措施加以處理，比如增設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)、運(yùn)用錨固技術(shù)等，從而達(dá)到工程形變及時(shí)糾正的目的，還能起到增強(qiáng)施工安全性的作用。

3.3城市建設(shè)測(cè)繪

城市建設(shè)的目的是合理開發(fā)現(xiàn)有資源，確保城市經(jīng)濟(jì)良性、長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在對(duì)城市建設(shè)工程進(jìn)行控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，需利用GPS測(cè)繪技術(shù)保證科學(xué)性、有效性。GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用可采集到大量與城市建設(shè)作業(yè)有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，比如基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，為城市設(shè)計(jì)工作提供多元數(shù)據(jù)支撐，還能夠?yàn)槌鞘幸?guī)劃提供精準(zhǔn)定位保障。城市的可持續(xù)發(fā)展需在各類資源的支撐下實(shí)現(xiàn)，而城市發(fā)展速度會(huì)受土地資源存量的影響。這就需要重視GPS測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用，合理評(píng)估城市當(dāng)前土地資源損耗情況，以此為依據(jù)，著手城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)，確保規(guī)劃方案的科學(xué)性、可行性。與此同時(shí)，在城市建設(shè)工程中應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)，還可利用采集到的數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)有城市規(guī)劃。但需注意的是，開展城市建設(shè)時(shí)，杜絕破壞城市生態(tài)環(huán)境，城市建設(shè)方案需做到與城市生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，促使生態(tài)效益大幅提升[3]。

3.4工程定位測(cè)量

工程定位測(cè)量是測(cè)繪工程基礎(chǔ)工作，將GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用，可保證定位測(cè)量質(zhì)量，GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用主要有兩種方法即動(dòng)態(tài)定位法、靜態(tài)相對(duì)定位法。前者表現(xiàn)出較高的煩瑣性，需利用多個(gè)參考點(diǎn)完成參數(shù)的求取與轉(zhuǎn)化，并對(duì)未知控制點(diǎn)的坐標(biāo)信息進(jìn)行確定，但能夠獲得精準(zhǔn)測(cè)繪結(jié)果。靜態(tài)相對(duì)定位法的操作原理是采集某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，盡管操作簡(jiǎn)單，但需要花費(fèi)較多觀測(cè)時(shí)間，通常需在點(diǎn)位上安裝GPS接收機(jī)。依托GPS測(cè)繪技術(shù)自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，執(zhí)行工程動(dòng)態(tài)測(cè)量，可通過運(yùn)行設(shè)備系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理，并在此過程中發(fā)現(xiàn)存在的測(cè)量問題，有助于數(shù)據(jù)處理精度與速度的進(jìn)一步提高。此外，工程水準(zhǔn)測(cè)量也是測(cè)繪工作重要內(nèi)容。借助GPS測(cè)繪技術(shù)，根據(jù)地球曲率與高度，開展點(diǎn)位之間高差的計(jì)算工作，合理約束水準(zhǔn)誤差累積值，著手于水準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)之間高差的比較分析工作。同時(shí)，技術(shù)的應(yīng)用可不間斷測(cè)量高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)，充分發(fā)揮平臺(tái)同步數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，還可以精準(zhǔn)反映空間模型數(shù)據(jù)變化，確保測(cè)繪結(jié)果精確性。

4. GPS 測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用實(shí)例

4.1工程概況

某河流改建工程分為兩個(gè)測(cè)區(qū)即北、南測(cè)區(qū)。北測(cè)區(qū)為山區(qū)，河流分布廣泛，山谷深且狹窄，對(duì)山谷進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果為山谷寬度約50 m、相對(duì)高度差600 m；南測(cè)區(qū)地勢(shì)較平坦。工程測(cè)繪總面積60 km²，海拔高度為500～3500 m。測(cè)區(qū)環(huán)境以及地質(zhì)條件表現(xiàn)出復(fù)雜性特點(diǎn)，傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無法保證工程測(cè)繪作業(yè)有序進(jìn)行，且需投入大量物資，結(jié)果精確度不高。

4.2精度分析

結(jié)合測(cè)繪工程現(xiàn)場(chǎng)條件與作業(yè)要求，決定采用GPS測(cè)繪技術(shù)，為對(duì)技術(shù)的測(cè)量精度進(jìn)行驗(yàn)證，觀察是否滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，組織專業(yè)測(cè)繪人員檢測(cè)分析已知坐標(biāo)點(diǎn)。在測(cè)區(qū)內(nèi)設(shè)置三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)高差最大值為-0.234 m，依據(jù)水利水電工程測(cè)繪要求，須將基本高程誤差控制在±h/20 m范圍內(nèi)，比例尺為1∶5000的地形圖等高距為5 m。經(jīng)過對(duì)比分析，本測(cè)繪工程所得結(jié)果均符合規(guī)范要求[4]。

4.3監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇

為凸顯GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取、標(biāo)志設(shè)立兩項(xiàng)工作，為技術(shù)操作提供條件。而在執(zhí)行測(cè)量點(diǎn)選擇時(shí)，應(yīng)滿足三項(xiàng)基本要求：其一，盡可能在交通較為便利的區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)，還需為接收機(jī)的安裝預(yù)留足夠空間，并保證接收機(jī)整體水平；其二，布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)保證布設(shè)區(qū)域具備開闊性；其三，選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)，確保周圍沒有電視臺(tái)等干擾性物體。還應(yīng)積極落實(shí)事前檢查工作，將坐標(biāo)系統(tǒng)完整程度的檢查作為重點(diǎn)，并做好對(duì)比分析工作，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)選擇，強(qiáng)化GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用效果，確保工程測(cè)繪質(zhì)量。此外，監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇過程中，還需系統(tǒng)性分析外部環(huán)境條件，包括風(fēng)力、風(fēng)向等，如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)在風(fēng)口處，則應(yīng)借助坐標(biāo)架，并將其布置成三角形，確保架體整體穩(wěn)定后，執(zhí)行坐標(biāo)系統(tǒng)的安裝作業(yè)，保證坐標(biāo)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4外業(yè)觀測(cè)

為發(fā)揮GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需高質(zhì)量落實(shí)外業(yè)觀測(cè)工作，主要觀測(cè)內(nèi)容有天線安置與觀測(cè)等，觀測(cè)要點(diǎn)如下：

首先，天線安置。靜態(tài)相對(duì)定位操作時(shí)，先將事先準(zhǔn)備的天線放置于三腳架上，并在標(biāo)志中心上方進(jìn)行安裝，開展對(duì)中調(diào)整工作。定向操作的主要目的是確保天線定向標(biāo)志線始終朝正北方向，在此期間，須嚴(yán)格控制定向誤差，不得超過5°。

其次，測(cè)量作業(yè)。該項(xiàng)工作目的是獲取、追蹤、接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，以此得到極具參考意義的測(cè)量定位信息，并保證觀測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性。但為達(dá)到這一效果，就需在天線安裝作業(yè)結(jié)束后，在與天線接近的安全位置合理布設(shè)GPS接收機(jī)，接通接收機(jī)電纜，并做好全方位檢查工作，確保準(zhǔn)確無誤后，在規(guī)定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)處啟動(dòng)接收機(jī)，開展觀測(cè)作業(yè)[5]。

最后，觀測(cè)記錄。應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)后，可執(zhí)行兩種形式的觀測(cè)記錄：（1）人工記錄。安排專業(yè)人員記錄觀測(cè)作業(yè)所得數(shù)據(jù)，確保記錄的及時(shí)性、完整性、準(zhǔn)確性，并做好各類數(shù)據(jù)的整理工作，為工程后期建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。（2）接收機(jī)自動(dòng)記錄。將觀測(cè)數(shù)據(jù)上傳存儲(chǔ)器，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)整理與分類，便于工程施工人員進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與應(yīng)用。

4.5數(shù)據(jù)處理

為增強(qiáng)本工程測(cè)繪結(jié)果準(zhǔn)確性，需對(duì)觀測(cè)作業(yè)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行校驗(yàn)與核對(duì)，提高外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量的同時(shí)滿足測(cè)繪工程在精度方面的需求。外測(cè)作業(yè)結(jié)束后，在第一時(shí)間組織專業(yè)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)化校核觀測(cè)數(shù)據(jù)，但需嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，同時(shí)，還需積極落實(shí)外業(yè)預(yù)處理成果的分析工作。在此期間，若發(fā)現(xiàn)測(cè)繪結(jié)果與實(shí)際偏差較大或未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，則需安排技術(shù)人員重新開展測(cè)量工作，也可進(jìn)行補(bǔ)測(cè)處理。若測(cè)繪數(shù)據(jù)滿足工程測(cè)繪要求，應(yīng)立即執(zhí)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作，主要工作內(nèi)容有數(shù)據(jù)預(yù)處理、平差計(jì)算等。在本工程中，為提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量，通過GAMIT軟件，修正測(cè)繪結(jié)果中的無價(jià)值數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)編輯則利用AUTCLN模塊直接完成，待編輯處理結(jié)束后，可直接生成測(cè)繪數(shù)據(jù)文件，供進(jìn)一步測(cè)算。一是重復(fù)基線，可判斷基線解精度水平。根據(jù)此項(xiàng)目的分析結(jié)果來看，基線分量的總體重復(fù)性較高。其中，基線長(zhǎng)度方向是1.0 mm+0.1×10^-8；垂直方向是6.2 mm+0.1×10^-8；東西方向是1.0 mm+0.1×10^-8；南北方向是0.6 mm+0.2×10^-8。平差計(jì)算則直接利用GLOBK軟件，形成三維地心坐標(biāo)，整體精度較高。

4.6誤差控制

要想將精準(zhǔn)的測(cè)繪結(jié)果提供給工程建設(shè)部門，就需做好誤差的控制工作，GPS測(cè)繪技術(shù)操作時(shí)，可采取三項(xiàng)措施實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量誤差的有效把控：其一，建設(shè)高精度控制網(wǎng)。根據(jù)工程測(cè)繪規(guī)模以及工程性質(zhì)，全方位把控控制網(wǎng)精度，同時(shí)，還需保證網(wǎng)型選擇合理性[6]。本工程選用邊角網(wǎng)強(qiáng)化GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用效果。若站在技術(shù)應(yīng)用層面加以分析，通過運(yùn)用GPS測(cè)繪技術(shù)，可打造多類型控制網(wǎng)，比如施工控制網(wǎng)，以此滿足工程不同建設(shè)作業(yè)多樣化需求。其二，執(zhí)行觀測(cè)作業(yè)期間，需科學(xué)布設(shè)基線向量網(wǎng)，并著手測(cè)繪數(shù)據(jù)信息質(zhì)量的全過程把控工作。其三，注重多臺(tái)GPS接收機(jī)的使用，從而達(dá)到多個(gè)區(qū)域同時(shí)測(cè)繪的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量誤差有效控制，提高數(shù)據(jù)精確程度。此外，依托測(cè)繪技術(shù)打造測(cè)量值改造模型，促使GPS測(cè)繪誤差把控水平提升。

5. 結(jié)論

前期設(shè)計(jì)與測(cè)量誤差控制工作直接決定了工程建設(shè)進(jìn)度與質(zhì)量，同時(shí)，也是保證工程測(cè)繪作業(yè)數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)的關(guān)鍵。對(duì)此，需在測(cè)繪工程中，注重GPS測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用，完善測(cè)繪控制網(wǎng)內(nèi)容，優(yōu)化測(cè)繪工程作業(yè)環(huán)境，降低由人為因素、施工因素對(duì)工程測(cè)量結(jié)果影響的同時(shí)，提高工程測(cè)繪水平，依托可靠測(cè)繪數(shù)據(jù)，助力測(cè)繪工程作業(yè)高效率、高質(zhì)量進(jìn)行。