GPS 在工程測量中的應(yīng)用

苗新毅

(太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃測量中心，山西太原 030002)

全球定位系統(tǒng)(GPS)是利用衛(wèi)星導(dǎo)航實時測距和測時構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由三個獨立的部分組成，即空間星座部分、地面控制部分和用戶接收部分。GPS系統(tǒng)即建成以后，之所以能快速地得到發(fā)展，是由于該系統(tǒng)具有的高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡單、應(yīng)用廣泛等特點，它能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精確三維坐標以及其他相關(guān)信息。目前，GPS測量技術(shù)正在我國工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，從布設(shè)測量控制網(wǎng)、進行陸地和水下地形圖測繪到施工放樣定位、變形監(jiān)測等方面都有著GPS測量技術(shù)的應(yīng)用。現(xiàn)階段GPS技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，使得GPS定位的方法從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，從數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實時的定位與導(dǎo)航，這極大地擴展了它的應(yīng)用廣度和深度。特別是GPS RTK定位技術(shù)的出現(xiàn)，使得相對定位的精度有了很大的提高，在小范圍內(nèi)可以達到厘米級精度。此外由于GPS測量技術(shù)對測點間地通視和幾何圖形等方面的要求比常規(guī)測量方法更加靈活、方便，已完全可以用來施測各種等級的控制網(wǎng)。

1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)形式

1.1 GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計

網(wǎng)的圖形設(shè)計就是根據(jù)網(wǎng)的用途和用戶要求，確定具體的布網(wǎng)觀測方案，其核心是如何高質(zhì)量低成本地完成既定的測量任務(wù)。在進行GPS網(wǎng)設(shè)計時，一定要顧及測站選址、衛(wèi)星選擇、儀器設(shè)備裝置、經(jīng)費、時間、人力及后勤交通保障等因素;當網(wǎng)點位置、接收機數(shù)量確定以后，網(wǎng)的設(shè)計就主要體現(xiàn)在觀測時間的確定、網(wǎng)形構(gòu)造及各點設(shè)站觀測的次數(shù)等方面。

設(shè)計的一般原則如下:

1)為了確保GPS控制網(wǎng)的可靠性，同時能有效地檢查和發(fā)現(xiàn)觀測結(jié)果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中的獨立邊構(gòu)成一定的幾何閉合圖形。這種閉合圖形，可以是由數(shù)條GPS獨立邊構(gòu)成的非同步多邊形，如三角形、四邊形或多邊形。當GPS網(wǎng)中有若干個起算點時，也可以是由兩個起算點之間的數(shù)條GPS獨立邊構(gòu)成的附合路線。但無論是閉合環(huán)路或附合路線，所包含的獨立邊數(shù)不宜過多。

2)考慮到要沿用原有的測繪成果，應(yīng)該盡量采用原有的地方或工程坐標系統(tǒng)，因此，GPS網(wǎng)點要盡量與原有的地面控制網(wǎng)點相重合。重合點數(shù)應(yīng)多于3個，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3)GPS網(wǎng)點應(yīng)考慮與水準點相重合，而非重合點一般應(yīng)根據(jù)要求以水準測量方法進行聯(lián)測，因此，GPS網(wǎng)點一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通方便的地方。

4)在GPS網(wǎng)中不應(yīng)有自由基線，因為自由基線不具備檢查和發(fā)現(xiàn)觀測結(jié)果中粗差的能力。

5)為了便于用常規(guī)方法聯(lián)測或擴展，C，D，E級控制網(wǎng)點應(yīng)有1個～2個方向通視。

1.2 GPS網(wǎng)的基本形式

根據(jù)GPS測量的不同用途，GPS網(wǎng)中同步圖形的連接方式通常有點連接、邊連接和網(wǎng)連接三種基本方式。而在實際應(yīng)用中，又往往采用混合連接方式、星形布設(shè)方式、導(dǎo)線連接方式和三角鎖連接方式。

2 GPS在建筑工程測量中的應(yīng)用分析

某建筑小區(qū)內(nèi)的三座樓由于城市規(guī)劃的需要，需進行實地的放樣和變形監(jiān)測。組織人員分別用GPS和全站儀進行測量，然后再進行測量精度的對比。表1是建筑設(shè)計數(shù)據(jù)，實地放樣工作是嚴格按照設(shè)計數(shù)據(jù)完成的。

變形監(jiān)測部分是在此建筑建至地上1層時完成的。首先在離變形區(qū)適當距離的穩(wěn)定地方選擇一基準點，作為GPS觀測的基準站;選點時，應(yīng)注意點位周圍天空無障礙物，無強烈反射無線電波的金屬或其他障礙物或大范圍水面，應(yīng)遠離強功率電臺、高壓線等影響接收信號效果的各種不利因素。通過在各個樓角上架設(shè)GPS RTK作為流動站進行10 min的靜態(tài)觀測，得出了新的觀測數(shù)據(jù)，然后進行坐標轉(zhuǎn)換得出了表2的測量數(shù)據(jù)。用全站儀進行常規(guī)方法測量，首先在已知控制點D1上架設(shè)全站儀，然后以已知控制點D2為后視點，通過對每個樓角進行觀測得出坐標數(shù)據(jù);然后在D2點上架設(shè)全站儀，以D3點為后視點進行其他觀測角的觀測;最后在D3點上架設(shè)全站儀，以D1為后視點，進行最后觀測(見表3);由于三個已知控制點本身存在的誤差及人員觀測的誤差，得出了表4的坐標數(shù)據(jù)。

表1是某建筑小區(qū)內(nèi)某三座樓的測量數(shù)據(jù)。

表1 某建筑的設(shè)計數(shù)據(jù)

用拓普康GPS RTK測的數(shù)據(jù)與建筑設(shè)計數(shù)據(jù)相比之差在10 mm之內(nèi)。

由此可以看出，從效率上分析，用GPS RTK測量時只需少量的控制點，在建立一個基準站后，其數(shù)據(jù)鏈可以控制幾千米到幾十千米。而且不需要經(jīng)常遷站，節(jié)省了時間。另一方面，用RTK測量時，一般一組只需1人～2人，投入的人員少，節(jié)省了人力。而用全站儀一組則要配3人～4人，因此，用RTK可以提高測量效率。

表2 某建筑用拓普康GPS RTK測量的數(shù)據(jù)

表3 某建筑工地內(nèi)控制點坐標數(shù)據(jù)

表4 某建筑用拓普康全站儀測量的數(shù)據(jù)

從精度上分析，把用兩種方法測得的坐標結(jié)果進行比較，可以發(fā)現(xiàn)用全站儀觀測所得的結(jié)果精度較低，這是因為從精度上分析，由于GPS測量不存在誤差積累問題，所以其相鄰點的點位誤差相互獨立，不積累、不傳播。因此用GPS可以完成高精度的變形監(jiān)測。

3 結(jié)語

本文通過對GPS測量技術(shù)的原理及其布網(wǎng)形式和特點進行簡要的概述，并對其在工程測量中的應(yīng)用實例進行了分析，得到了以下結(jié)論:

1)作為一種高精度定位技術(shù)，GPS測量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程測量的各個領(lǐng)域，不僅提高了工作效率，而且?guī)砹丝陀^的經(jīng)濟效益。其技術(shù)的先進性、優(yōu)越性已經(jīng)在某些方面取代了以測角、測距為主體的常規(guī)測量技術(shù)，其應(yīng)用及開發(fā)的前景十分廣闊。

2)GPS網(wǎng)基準設(shè)計應(yīng)根據(jù)布設(shè)目的確定，如果起算點分布過于集中，會導(dǎo)致遠離起算點的點位精度有所降低，在建立控制網(wǎng)時應(yīng)使起算點分布均勻;同時為了減少遮擋，點位應(yīng)選在開闊地區(qū)。在網(wǎng)點個數(shù)確定的情況下，增加GPS邊的調(diào)試，增加異步環(huán)的個數(shù)，有利于提高網(wǎng)的精度和可靠性。

［1］ 牛洪柳.GPS-RTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用研究［J］.山西 建筑，2012，38(3):222-223.