GPS測量技術在工程測繪中的運用分析

邱明

[摘 要]在現(xiàn)代科技中，新興科技為測量工程的發(fā)展提供了源源不斷的動力。GPS技術作為當前工程測量中最常用的技術，作用與優(yōu)勢非常突出。本文以工程測量GPS技術的優(yōu)勢為切入點，根據(jù)GPS技術的工作原理以及在工程測繪中的實際應用情況，分析GPS技術的作用，最后闡述這項技術的具體使用流程，進一步說明這項技術的價值與優(yōu)勢。

[關鍵詞]工程測繪；GPS測量；測量技術

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.10.040

[中圖分類號]TU198；P228.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2019）10-00-02

0 引 言

GPS技術已成為適用性最強的全球地理信息定位系統(tǒng)，在GPS技術的應用過程中，憑借該技術本身獨有的優(yōu)勢與強大的技術支持，可以幫助人們獲得精準度很高的導航支持。因GPS技術的優(yōu)勢眾多，已經成功應用在各種行業(yè)，且都得到了重點運用。

1 GPS測量技術的優(yōu)勢

1.1 用途廣泛，功能豐富

GPS技術是一種以無線衛(wèi)星為依據(jù)創(chuàng)建的技術，在用戶三維坐標的定位方面要優(yōu)于其他定位系統(tǒng)與定位技術。同時，GPS技術還能為使用者提供時間信息和行進三維速度信息。GPS技術擁有眾多的優(yōu)勢決定了其在很多領域中都有突出的應用價值，如工程測繪、大地測量和航空攝影等領域。

1.2 定位系統(tǒng)精準

GPS技術在測量靜態(tài)背景環(huán)境時能夠保障測繪精度。根據(jù)相關研究可以看出，在不同極限范圍使用GPS定位得出的結果有一定區(qū)別：基線水平在50 km內的情況下，精確水平在1×107～3×107；基線范圍在500～100 km時，精準水平在107～106；在基線范圍超過2 000 km時，精準度在109。利用GPS技術測量時，精確度可達到分米甚至是厘米。上述數(shù)據(jù)表明，GPS技術能夠很好地滿足不同領域對工程測繪精度的要求。

1.3 自動化水平高，操作流程簡便

GPS技術最突出的一點是自動化水平高，意味著操作者不需要具備較高的專業(yè)水平，只需要了解GPS技術的操作流程就可以操作設備。一般來說，GPS操作者通過以下幾項流程就可以完成GPS操作：第一步搜集氣象數(shù)據(jù)，第二步調整測量儀器高度，第三步安裝開關儀器，第四步調整監(jiān)測儀器軌道。GPS技術的自動化水平高，能夠自行捕獲衛(wèi)星與跟蹤檢測，不需要像傳統(tǒng)測量技術一樣投入大量的物力與人力。

2 GPS技術原理

GPS測量技術在工程測繪中的應用從過去的靜態(tài)測量逐步轉變?yōu)镽TK測量，進一步提高了工程測量三維坐標的精準度與有效性。目前，GPS測量技術以載波相位觀測為基礎，應用2臺或多臺設備接收信號，以GPS測量中的已知坐標為基準站，其余信號接收設備作為移動站點。2臺或多臺設備能夠同時完成5顆甚至更多衛(wèi)星的追蹤工作，之后工作人員只需要借助電臺就能知道觀測點的具體坐標與數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳送給移動設備。此過程中的移動設備能夠根據(jù)自身所得觀測數(shù)據(jù)應用組成差分觀測值方式獲取觀測點的三維坐標。

3 GPS測量技術在工程測繪中的應用

3.1 公路工程測量

公路施工需要來自GPS技術的支持。公路初測的目的在于根據(jù)路線走向設置控制點，完成高程與平面控制測量，是施工放樣、定線測設、地形圖測繪的基礎。GPS技術能夠很好地取代傳統(tǒng)導線法的測量方式，擁有定位精度高、觀測速度快、布網靈活的優(yōu)勢。GPS技術不斷發(fā)展，最突出表現(xiàn)在RTK技術成功應用在公路測量領域。這種技術原理為：先在公路上安裝GPS接收機，之后進行連續(xù)觀測，并將這些數(shù)據(jù)用發(fā)射臺發(fā)送給觀測站；利用接收臺得到的數(shù)據(jù)以及相對定位原理分析流動站位置，同時完成測量中的中平、中樁、放線工作。RTK技術操作簡便、自動化突出，全部流程只需1～2人就能操作，有效提高了測量效率。在公路工程中應用GPS技術給公路勘測帶來了巨大的機遇，有效提高了測量水平與測量速度，尤其是RTK技術能夠保障施工放樣、定線測量、地形測繪達到厘米精度，更好地完成數(shù)據(jù)存儲與傳輸，實現(xiàn)了路線CAD集成目標。當然，擁有RTK功能的設備造價比較貴，通常情況下，施工單位與勘察設計單位共用RTK系統(tǒng)，用資源共享的方式節(jié)省資金，保障工程進度與工程質量。

3.2 地形勘測

地形勘測人員通過應用GPS技術能夠迅速了解定位結果，保障定位精度。GPS技術具備厘米級精度定位水平，可以很好地保障定位質量。GPS技術在地形勘測中的應用非常普遍，使用時只需一個工作人員背著儀器站在測量點幾秒，將特征編碼輸入其中，再使用便攜微機記錄就能完成測量工作。在測定區(qū)域所有地形、地物點位后，應用專業(yè)軟件輸入地形圖，使用GPS工具生成地形圖，包括管線地形圖、帶狀地形圖、普通測量圖等。界址點放樣需要先將移動站與基準站設置在控制坐標，完成移動放樣，需強調的是所用設備必須用同一系統(tǒng)，保障移動電臺的合理選擇與頻率適應能力。在信號機獲取信號以后，工作人員需要明白自己的具體位置以及放樣與自己之間的距離，保障界樁埋設的準確性，減少誤差。

3.3 工程變形監(jiān)測

在所有類型的工程建筑中，工程變形都是一項避之不及的事情，實際發(fā)生次數(shù)很多。該問題之所以頻繁發(fā)生，與建筑物的地質變形、人為因素、建筑物位移有很大關系。也就是說，為了實現(xiàn)即時、有效監(jiān)測，掌握工程變形實際情況與最終結果就需要應用GPS技術。GPS技術在解決此問題時能夠發(fā)揮十分突出的作用。

由于GPS技術在變形監(jiān)測中無須通視，所以能夠讓監(jiān)測網布設變得更加方便與自由，節(jié)省了傳遞過渡點與布設費用。傳統(tǒng)監(jiān)測工程變形所用的平面位移方式包括方向交匯、邊角導線、倒錘線等方法，垂直位移應用液體靜力測量、精準測量等方式判定，不僅會增加工作量，還會增加分析難度。GPS技術能夠同時測定所有點三維的位移情況，可以很好地降低分析難度與測量難度，且不受氣候因素限制，即便在風雪雨霧的條件下，工作人員仍能順利完成監(jiān)測作業(yè)。一般來說，還會配備防雷電裝置，保障全天監(jiān)測質量，而這些對于泥石流、滑坡、防汛抗洪檢測來說意義重大。

在工程變形檢測中，比較常見的對象包括大壩監(jiān)測、地面沉陷監(jiān)測、高層建筑監(jiān)測。大壩變形監(jiān)測主要指垂直位移監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、表面接縫監(jiān)測和傾斜監(jiān)測等。在水負荷壓力作用下，水電站、水庫大壩就會變形，此時就需要利用精密儀器對其展開變形連續(xù)性監(jiān)測。GPS技術能夠很好地滿足精度要求，并實現(xiàn)自動化監(jiān)測工作。近年來，由于大面積開采天然氣、石油和煤炭，很多地區(qū)的礦區(qū)都出現(xiàn)了地面沉降。此外，由于過量開采地下水，許多城市開始出現(xiàn)了明顯下沉。地面沉降測量的目的在于通過觀測地面點高程與水平位置，了解地面點位沉降數(shù)據(jù)與水平位移情況，GPS技術在對待這類現(xiàn)象時既經濟又高效。GPS技術沒有通視要求，速度比較快、作業(yè)方式靈活，能夠很好地保障作業(yè)效率，是一種觀測精度高、計算效果出眾的監(jiān)測手段。在高層建筑變形監(jiān)測中，GPS技術能夠為其提供安全維護、運營與設計方面的資料，實時監(jiān)測獲得臺風、地震等環(huán)境中高層建筑的擺動幅度，即相對位移情況。此外，GPS技術能夠有效分析高層建筑的動態(tài)特征，幫助人們了解自然災害的級別與情況。

4 GPS技術在工程測繪中的應用流程

4.1 內業(yè)準備

開展GPS外業(yè)工作前，必須先搜集測量地點的地形圖，之后將工程測量的特征作為依據(jù)，設定工程項目的測量名稱。如果在此過程中出現(xiàn)了已知坐標參數(shù)變化就需要用人工輸入的方式進行處理，但如果并沒有明確坐標轉換要求，就要根據(jù)過去的測量數(shù)據(jù)節(jié)點信息將控制點合理、均勻地設置在測量地點周圍，將測量點控制在已知測量范圍內，防止測量點兩端出現(xiàn)外推情況?？刂泣c位置確定以及區(qū)位選擇可以將GPS作業(yè)測量要求作為對象。測量點放樣時需要內業(yè)人員仔細完成測量點坐標觀測與記錄流程，確保后續(xù)的野外檢測活動能夠順利進行。

4.2 GPS測量

GPS測量工作中的參照點為之前所選定的控制點，依次為設置基準站點、啟動信號接收設備，然后輸入天線的點號、高程、已知坐標、衛(wèi)星信號接收數(shù)量。結束上述流程后，由外業(yè)人員開展基準點的電臺頻率測試、流動站電臺頻率測試、基準點配置、電臺指示燈測量，確認是否有與要求不相符的環(huán)節(jié)。在確認所有環(huán)節(jié)都沒有問題后進入測量流程。通常來說，流動站測量需要先掌握1～2個控制點數(shù)據(jù)，所以需要先測量1～2個控制點，評定這兩個控制點的測量精度，結束后處理動態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)測量采樣獲得坐標信息，用傳輸系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)信息輸送到計算機，交由計算機終端處理與分析。

5 結 語

在工程測量中應用GPS技術能夠順利得到精準實時測量數(shù)據(jù)，是提高工程測量效率的重要技術。憑借GPS技術提供的高程數(shù)據(jù)與點位坐標，能保障數(shù)據(jù)的精準性與有效性。無線電發(fā)射時會受很多因素影響，這些因素會影響GPS的精準性，造成測量誤差。為了避免外在因素影響工程測量的有效性，測量人員需要結合地質條件合理選擇GPS參數(shù)，根據(jù)需求準確核算數(shù)值定位，綜合評估觀測精度，將GPS測量精度控制在標準限度中。

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