工程測(cè)繪中GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用探析

朱運(yùn)權(quán) 趙家星

（1.四川交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610000；2.四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

一、GPS測(cè)量技術(shù)的基本概況

隨著科學(xué)技術(shù)和工程測(cè)繪的不斷發(fā)展，現(xiàn)代很多電子技術(shù)都投入到工程測(cè)繪的使用過(guò)程中，傳統(tǒng)的工程測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前工程對(duì)測(cè)量精準(zhǔn)化的要求，GPS測(cè)量技術(shù)具備高精度、高效率、低費(fèi)用以及操作方便的特點(diǎn)能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)代工程測(cè)量的需要，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)工程測(cè)繪項(xiàng)目中。

如今，GPS幾乎已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)的大地控制網(wǎng)，掀起了測(cè)繪領(lǐng)域的重大變革。在測(cè)繪領(lǐng)域中，GPS網(wǎng)指的是使用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)而建立的控制網(wǎng)，它主要分為兩類：一是全球性的高精度GPS網(wǎng)，這種網(wǎng)的作用主要是提供全球范圍內(nèi)的高精度坐標(biāo)框架，能夠反映一定范圍內(nèi)的板塊運(yùn)動(dòng)和地殼變動(dòng)規(guī)律，為從事空間科學(xué)研究或地球動(dòng)力學(xué)研究的工作者提供定位服務(wù)，其GPS相鄰點(diǎn)的距離可以達(dá)到幾萬(wàn)公里以上；二是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，這類網(wǎng)包括GPS城市網(wǎng)、GPS礦區(qū)網(wǎng)以及GPS工網(wǎng)等，它的作用在于為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，其GPS相鄰點(diǎn)的距離在幾十公里以內(nèi)。

就目前的工程領(lǐng)域而言，GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，例如可以利用GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)精密工程進(jìn)行測(cè)量，對(duì)機(jī)載航空攝影進(jìn)行測(cè)量，對(duì)各級(jí)的工程控制網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量等，除此之外，GPS測(cè)量技術(shù)還可以應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，通過(guò)監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)、油田下沉以及地表移動(dòng)等方面來(lái)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害做出合理的預(yù)測(cè)。

二、GPS測(cè)繪技術(shù)的特點(diǎn)

1 功能的全面化

GPS測(cè)繪技術(shù)最主要的特點(diǎn)在于其功能非常全面，它不僅可以用于測(cè)量和導(dǎo)航，還可以運(yùn)用于測(cè)速和測(cè)時(shí)等環(huán)節(jié)，在我國(guó)很多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。就測(cè)量領(lǐng)域而言，GPS技術(shù)在很多測(cè)量領(lǐng)域都得到了有效地應(yīng)用，例如工程測(cè)繪領(lǐng)域、大地測(cè)繪領(lǐng)域、航空攝影測(cè)繪領(lǐng)域以及海洋測(cè)繪領(lǐng)域等，具體表現(xiàn)為測(cè)量地球板塊和地殼的運(yùn)動(dòng)變化狀態(tài)、測(cè)量航空航天攝影相繼位置的瞬間移動(dòng)以及測(cè)量無(wú)地面控制的航測(cè)快速成圖等等。就導(dǎo)航領(lǐng)域而言，GPS測(cè)量技術(shù)不僅被運(yùn)用與海、陸、空的目標(biāo)導(dǎo)航之中，還被運(yùn)用于目標(biāo)報(bào)警和救援等方面。

2 定位的精準(zhǔn)化和效率化

GPS測(cè)量技術(shù)定位的精準(zhǔn)化是它區(qū)別于其他測(cè)量技術(shù)的顯著特征，在GPS測(cè)量技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，它能夠滿足各種精度的工程測(cè)量需求，并且其測(cè)量的非常精準(zhǔn)，平均的平面誤差小于1mm。尤其是在實(shí)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位和實(shí)時(shí)差分定位上，GPS測(cè)量技術(shù)的定位精讀能夠達(dá)到分米級(jí)甚至是厘米級(jí)。

另外，GPS測(cè)量技術(shù)的測(cè)量效率也非常之高，具體表現(xiàn)為測(cè)量時(shí)間很短，進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位時(shí)，如果進(jìn)行快速靜態(tài)定位模式，雙頻接收機(jī)的信息采集時(shí)間只需要五分鐘左右，如果需要用單頻接收機(jī)貫徹5顆衛(wèi)星，其信息采集的時(shí)間也只需要15分鐘。與其他的測(cè)量技術(shù)相比，GPS測(cè)量技術(shù)能夠有效地減少測(cè)量時(shí)間，以提高相關(guān)項(xiàng)目的工作效率。

3 操作的簡(jiǎn)易化

由于GPS測(cè)量技術(shù)的自動(dòng)化程度很高，所以這項(xiàng)技術(shù)的操作非常簡(jiǎn)便，可以與傻瓜相機(jī)相媲美。在GPS測(cè)量技術(shù)的使用中，工作人員只需要在測(cè)量項(xiàng)目中完成GPS的安裝，收集測(cè)量地的氣象數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量?jī)x器的高度和工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)這幾項(xiàng)工作，例如衛(wèi)星捕獲、跟蹤和觀測(cè)記錄等其他工作都由GPS接收機(jī)進(jìn)行自動(dòng)完成。當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目需要較長(zhǎng)的觀測(cè)作業(yè)時(shí)間時(shí)，GPS可以進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集和處理工作，將所采集到的數(shù)據(jù)直接傳送至數(shù)據(jù)處理研究中心，工作人員只需要在結(jié)束觀測(cè)時(shí)關(guān)閉GPS的電源即可，不需要在觀測(cè)地進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的留守。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS采集信息接收機(jī)的外形也在不斷向輕巧轉(zhuǎn)變，這給研究人員的設(shè)備攜帶帶來(lái)極大的便利。

4 費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)化

大量的GPS測(cè)量技術(shù)實(shí)踐證明，使用GPS測(cè)量技術(shù)建立的大地控制網(wǎng)使用的費(fèi)用僅僅占原常規(guī)大地控制網(wǎng)費(fèi)用的三分之一，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。GPS費(fèi)用經(jīng)濟(jì)化的原因主要在兩個(gè)方面：一方面是由于GPS的定位速度很快，這樣就在一定程度上縮短了工程測(cè)繪的時(shí)間，提高了測(cè)量的效率，進(jìn)而節(jié)約了測(cè)量的經(jīng)濟(jì)成本；另一方面，由于GPS在定位的過(guò)程中不對(duì)測(cè)量站的相互通視作要求，這就不用建立相應(yīng)的通視視標(biāo)，不僅縮短了測(cè)量過(guò)程的工作時(shí)間，減少了測(cè)量中的人力消耗，還起到了節(jié)約測(cè)量成本的作用。

三、工程測(cè)繪中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

工程測(cè)繪指的是對(duì)工程設(shè)計(jì)的勘測(cè)、工程施工過(guò)程的驗(yàn)收以及與設(shè)備安裝相關(guān)的應(yīng)用型測(cè)量工作等，GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中應(yīng)用的非常廣泛。在工程測(cè)繪中，與其他傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，GPS測(cè)量技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)在定位速度快、不受天氣影響以及設(shè)備輕巧操作簡(jiǎn)便等方面，它已成為工程測(cè)繪領(lǐng)域中的高質(zhì)量、多模式、層次化高新技術(shù)。

1 GPS定位技術(shù)的應(yīng)用

在工程測(cè)繪中，GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用原理在與將GPS定位技術(shù)和一些基本的幾何原理和物理原理相結(jié)合，通過(guò)GPS系統(tǒng)空間分布衛(wèi)星和地面接收裝置相作用，對(duì)測(cè)量的物體進(jìn)行多角度的定位。GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的運(yùn)用形式是動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式指的是在工程定位過(guò)程中，以載波相對(duì)觀測(cè)量為記著呢的定位依據(jù)，在控制基站的選擇上一般要選取點(diǎn)位精確的控制點(diǎn)，這樣能夠保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，還要安裝多臺(tái)地面接收裝置對(duì)信息進(jìn)行連續(xù)的接收，從不同的觀測(cè)角度傳輸信息，實(shí)現(xiàn)信息的動(dòng)態(tài)化和全面化。

在GPS定位技術(shù)的應(yīng)用中，一臺(tái)GPS接收機(jī)只有同時(shí)接收四顆衛(wèi)星時(shí)，才能進(jìn)行三維定位，當(dāng)進(jìn)行實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位精讀標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要同時(shí)接收五顆衛(wèi)星的信息傳遞。在GPS系統(tǒng)中，一共有二十四顆衛(wèi)星環(huán)繞地球進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在水平角為10度以上的情況下，一般能夠觀測(cè)到七顆衛(wèi)星，但是如果碰到附近有高山、建筑物等遮擋物的阻擋時(shí)，是很難保證可見(jiàn)衛(wèi)星的顆數(shù)的，這時(shí)候，就需要將GPS定位技術(shù)和慣性導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合來(lái)完成工程測(cè)繪項(xiàng)目。

2 GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的工程測(cè)繪技術(shù)中，很多測(cè)量過(guò)程都需要工作人員來(lái)進(jìn)行，在一些地質(zhì)條件較為惡劣的地方實(shí)行工程測(cè)繪時(shí)，由于工程測(cè)繪工作具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致一定的人員傷亡，而利用GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就能夠很好地避免這種情況。

在GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，采用GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造的工程測(cè)繪環(huán)境具有仿真性和交互性的特點(diǎn)，在GPS系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以有效地將一系列三維圖像呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上，這一系列的三維圖像就構(gòu)成了工程測(cè)繪的整體流程，還包括工程測(cè)繪過(guò)程中的重難點(diǎn)測(cè)量相互以及工程測(cè)繪過(guò)程中應(yīng)注意的安全項(xiàng)目。

為保證工程測(cè)繪中測(cè)量技術(shù)使用的良好性，就需要在工程測(cè)量之前進(jìn)行工程測(cè)量的流程模擬分析，這樣能夠保證工程測(cè)量技術(shù)的可行性和安全性，還能夠減少測(cè)量技術(shù)使用不當(dāng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。在我國(guó)的很多礦井工程項(xiàng)目中，其測(cè)量技術(shù)主要使用的是GPS模擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這種方法能夠很好地找出測(cè)量方案中存在的不足，并對(duì)不足進(jìn)行修改和完善，以保證測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪過(guò)程中發(fā)揮良好的效果。

3 GPS水準(zhǔn)測(cè)量的應(yīng)用

水準(zhǔn)測(cè)量是工程測(cè)繪中一項(xiàng)常見(jiàn)的測(cè)量項(xiàng)目，在過(guò)去的測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量單位在測(cè)量設(shè)計(jì)的過(guò)程中沒(méi)有對(duì)測(cè)量地進(jìn)行實(shí)地考察，導(dǎo)致傳統(tǒng)的測(cè)量方法測(cè)出的水準(zhǔn)點(diǎn)普遍距離較遠(yuǎn)。使用GPS水準(zhǔn)測(cè)量是通過(guò)使用GPS接收機(jī)獲得GPS導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，并根據(jù)貫徹記錄進(jìn)行測(cè)定。在外業(yè)觀測(cè)時(shí)要嚴(yán)格按照測(cè)量計(jì)劃進(jìn)行，保證外業(yè)觀測(cè)的進(jìn)程，從而確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

以大型公路工程項(xiàng)目測(cè)量為例，測(cè)量過(guò)程中測(cè)量人員應(yīng)利用GPS測(cè)量技術(shù)觀看衛(wèi)星同步圖片，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)地貌對(duì)公路陸地的高度進(jìn)行全面的分析，在沿路地區(qū)每隔200米左右的地方設(shè)置一個(gè)施工用水準(zhǔn)點(diǎn)，盡量將水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在房基或井臺(tái)等比較堅(jiān)固的地方，之后對(duì)設(shè)置好的施工用水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的記錄。

結(jié)語(yǔ)

GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)繪中的實(shí)踐證明，GPS測(cè)量技術(shù)憑借其高精度、高效率、低費(fèi)用以及操作方便的特點(diǎn)能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)代工程測(cè)量的需要。在工程測(cè)繪中，GPS測(cè)量技術(shù)不僅能夠增強(qiáng)工程測(cè)繪數(shù)據(jù)的可靠性、提高工程測(cè)繪的工作效率，還能夠極大程度上解決工程測(cè)繪中的人力消耗問(wèn)題，保證工程測(cè)繪結(jié)果能夠更好地服務(wù)于項(xiàng)目建設(shè)。

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