淺議GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用

張 磊

中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì) 安徽合肥 230600

目前的基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)，以全天候、高精度、無(wú)需通視并且還能提供實(shí)時(shí)的測(cè)量定位結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)的GPS技術(shù)、可以說(shuō)已經(jīng)是工程測(cè)量人員的首要選擇。GPS技術(shù)對(duì)于測(cè)繪技術(shù)的革新起到了顯著的推動(dòng)作用，為現(xiàn)階段的測(cè)繪技術(shù)發(fā)展提供了一個(gè)良好的方向。

一、GPS系統(tǒng)的組成

GPS技術(shù)，又即全球定位系統(tǒng)，是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)，用無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位的廣博系統(tǒng)。最早起源于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)軍用項(xiàng)目。我們現(xiàn)在使用的GPS主要來(lái)自1994年經(jīng)美國(guó)國(guó)防部牽頭，由衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)劃局研發(fā)成功的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)大體分為三個(gè)部分，空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備，這三個(gè)系統(tǒng)合在一起組成了完備的GPS系統(tǒng)。GPS的空間衛(wèi)星部分是以二十四顆人造衛(wèi)星所組成，這些人造衛(wèi)星非常均勻的分布在外太空的六個(gè)軌道面上，它們數(shù)量眾多，能有效保證在全世界的任意時(shí)間和任意一個(gè)地點(diǎn)都可以接受不少于四顆衛(wèi)星的信號(hào)。在地球上，地面天線、注入站、主控站、監(jiān)測(cè)站等組成了地面監(jiān)控部分，這套系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星信息進(jìn)行采集，并對(duì)衛(wèi)星的星歷進(jìn)行計(jì)算，此外還有接收導(dǎo)航的電文，以及對(duì)空間衛(wèi)星注入新信息等等。最后一塊的用戶設(shè)備是由GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件還有其他配套的設(shè)備共同組成，用戶設(shè)備的主要任務(wù)是在于接收來(lái)自太空的衛(wèi)星信號(hào)，然后根據(jù)這些信號(hào)開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng)的導(dǎo)航定位功能呢。

二、GPS的技術(shù)特點(diǎn)

（一）GPS系統(tǒng)的定位原理

GPS系統(tǒng)具有定位精確的特點(diǎn)，其基本原理是在待定的地方架設(shè)相應(yīng)的GPS接受機(jī)，然后將在外太空高速運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的位置作為起算數(shù)據(jù)，從而測(cè)出待定點(diǎn)到已知位置的距離，然后將兩點(diǎn)間的距離公式組成一個(gè)方程式，通過(guò)解算得出待定點(diǎn)的具體坐標(biāo)。

（二）GPS的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

GPS擁有使用范圍廣、受外界影響小、觀測(cè)方便、測(cè)量精準(zhǔn)度高、成本廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。由于GPS衛(wèi)星對(duì)全球的分布和覆蓋，這保證了在地球上的不管什么地點(diǎn)和什么時(shí)間都可以接收到衛(wèi)星的信號(hào)。而相較于過(guò)去的測(cè)量方式，GPS系統(tǒng)并不受氣候環(huán)境等外部條件的影響，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)的采集也能更全面，更精準(zhǔn)。此外，GPS系統(tǒng)的觀測(cè)用時(shí)并不長(zhǎng)，靜態(tài)定位大概在半小時(shí)左右，動(dòng)態(tài)定位則只需要幾秒鐘，GPS系統(tǒng)和測(cè)站之間也不需要進(jìn)行互相通視，僅僅只需測(cè)站的上空足夠開(kāi)闊，不會(huì)對(duì)衛(wèi)星的信號(hào)傳播造成遮擋即可。GPS系統(tǒng)的定位精度也是其他測(cè)量方法望塵莫及的，它的精準(zhǔn)度能達(dá)到毫米級(jí)別，五十千米內(nèi)的基線上可達(dá)到1×10-6，超過(guò)一千千米的基線上能達(dá)到1×10-8。超過(guò)一個(gè)小時(shí)的平面誤差低于一毫米。而盡管有這種種優(yōu)點(diǎn)，作為新興技術(shù)的GPS技術(shù)的應(yīng)用成本卻相當(dāng)廉價(jià)，而且其操作要求并不復(fù)雜，自動(dòng)化程度相當(dāng)高，上手簡(jiǎn)單，是一門(mén)非常實(shí)用的測(cè)量技術(shù)。

三、GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

（一）建立控制網(wǎng)

控制網(wǎng)的測(cè)繪工作是測(cè)量工作中極為重要的環(huán)節(jié)，是工程建設(shè)的前提條件，對(duì)于整個(gè)測(cè)量工作的質(zhì)量有著根本的影響。通常來(lái)說(shuō)，等級(jí)越高的控制網(wǎng)要求的點(diǎn)位數(shù)目也越多，并且要求且精度高。常規(guī)的方法諸如邊角法、導(dǎo)線測(cè)量、三角網(wǎng)等方法都要求點(diǎn)間通視，對(duì)于大范圍的測(cè)量也極容易出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差錯(cuò)誤。且過(guò)程繁瑣，監(jiān)測(cè)麻煩，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤還需要進(jìn)行返工，任務(wù)量重，對(duì)于人力和時(shí)間都是很大的消耗。相比起來(lái)，GPS系統(tǒng)可以運(yùn)用靜態(tài)差分技術(shù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)得到更精準(zhǔn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)量方法也更加快捷方便，省去了通視的麻煩。對(duì)于需要布設(shè)控制點(diǎn)的數(shù)量能夠自由調(diào)控，不管是建立工程首級(jí)控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)和工礦施工控制網(wǎng)，GPS技術(shù)都能起到非常良好的作用。

（二）變形測(cè)量

測(cè)量工作受外部影響很大，施工環(huán)境也非常復(fù)雜，不確定因素相當(dāng)多。常規(guī)的測(cè)量手段會(huì)容易被外界因素干擾，對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有影響。而GPS技術(shù)則不存在這些問(wèn)題，GPS技術(shù)不僅具有無(wú)需通視的優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠進(jìn)行全天候的的變形監(jiān)測(cè)，僅僅只需在建筑物內(nèi)部和外部設(shè)置好GPS的接收端，便可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到建筑物的三維坐標(biāo)情況和發(fā)生的變化。當(dāng)施工有變動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，GPS便能把數(shù)據(jù)傳送給管理人員，管理人員便能根據(jù)數(shù)據(jù)給出相應(yīng)的解決措施，除此之外，將GPS接收機(jī)的接口進(jìn)行連接，使用的專業(yè)軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和分析的全自動(dòng)化。

（三）碎部測(cè)量

和傳統(tǒng)的碎部測(cè)量方法相比，RTK所需的控制點(diǎn)很少，在空曠區(qū)域且具備良好通視條件的地方只需要少量控制點(diǎn)便可以迅速完成碎部測(cè)量作業(yè)。RTK不需要測(cè)站間的通視，只需要一個(gè)人就能完成碎部測(cè)量的全部工作，對(duì)于提高碎部測(cè)量的工作效率有很大幫助。

（四）工程放樣

和碎部測(cè)量一樣，用GPS技術(shù)進(jìn)行工程放樣同樣擁有不需要通視，只需要一個(gè)人在手簿中輸入之前設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位信息，帶好GPS接收機(jī)，按手薄屏幕上的箭頭指示指導(dǎo)放樣人員前后左右移動(dòng)即可。

四、結(jié)語(yǔ)

GPS技術(shù)擁有許多超越傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的地方。合理運(yùn)用GPS可以顯著提高測(cè)量的工作效率，同時(shí)減小測(cè)量作業(yè)的工作強(qiáng)度。隨著 GPS技術(shù)的不斷改進(jìn)，不斷進(jìn)步，它在工程測(cè)量的地位也會(huì)越來(lái)越突出，應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣。