GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

繆愛平，雒金泉

（湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇六大隊(duì)，湖南 衡陽(yáng) 421000）

GPS技術(shù)已被推廣應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，能夠?yàn)槿藗內(nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活提供便利。GPS技術(shù)操作方式便捷，應(yīng)用效率比較高，并且能夠保證測(cè)繪結(jié)果準(zhǔn)確性，應(yīng)用前景廣闊。各類工程項(xiàng)目建設(shè)數(shù)量不斷增多，通過(guò)將GPS技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)繪中，能夠有效提升工程測(cè)繪效率，避免傳統(tǒng)測(cè)繪方式的弊端，為項(xiàng)目建設(shè)提供可靠依據(jù)。

1 GPS測(cè)繪技術(shù)的工作原理

GPS技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)為衛(wèi)星，衛(wèi)星可接收定位信號(hào)，同時(shí)信號(hào)傳輸方式快速便捷，在數(shù)據(jù)采集完成后即可進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)與各類信息進(jìn)行有效融合，據(jù)此創(chuàng)建三維立體模型。在GPS技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，首先需確定空間坐標(biāo)系統(tǒng)以及地面固定坐標(biāo)系統(tǒng)，協(xié)調(diào)兩個(gè)系統(tǒng)，提高定位結(jié)果準(zhǔn)確性，保證信息傳輸明確。在空間坐標(biāo)系統(tǒng)與地面固定坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用坐標(biāo)可形成控制定位，保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。另外，在GPS技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，還需采用定位法進(jìn)行劃分，形成相對(duì)定位以及絕對(duì)定位，采用空間集合對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，準(zhǔn)確定位物體位置。GPS技術(shù)的應(yīng)用原理如圖1所示。

圖1 GPS工作原理圖

2 GPS技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1 在工程變形測(cè)繪中的應(yīng)用

在工程項(xiàng)目建設(shè)中，在施工技術(shù)、結(jié)構(gòu)受力、建筑材料、地面沉降等因素的影響下，可能會(huì)發(fā)生建筑工程變形，進(jìn)而對(duì)工程項(xiàng)目質(zhì)量造成嚴(yán)重不良影響，要求密切觀察，及時(shí)了解建筑工程變形情況，并采取有效的應(yīng)對(duì)措施，保證建筑施工質(zhì)量?？蓪PS技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目測(cè)繪中，可對(duì)項(xiàng)目變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。比如，某水利工程大壩總長(zhǎng)度為500m，在該水庫(kù)大壩建設(shè)中，以間距100m設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后在大壩兩側(cè)增加3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將GPS監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，據(jù)此形成水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，持續(xù)觀測(cè)30天，對(duì)8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該水庫(kù)大壩總體位移在±1mm～±2mm之間，沒有發(fā)生明顯變形。

2.2 在城市建設(shè)中的應(yīng)用

GPS技術(shù)能夠?qū)⒑暧^布網(wǎng)與微觀布點(diǎn)進(jìn)行有效結(jié)合，對(duì)目標(biāo)區(qū)域地理地形分布情況進(jìn)行全面勘察，同時(shí)還可確定基準(zhǔn)點(diǎn)、輪廓線等，在城市規(guī)劃、國(guó)土資源調(diào)查中得到推廣應(yīng)用，能夠有效保證地理網(wǎng)點(diǎn)布孔的高效性。在地理網(wǎng)點(diǎn)布孔中，可將GPS技術(shù)技術(shù)與GPS技術(shù)以及航攝技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，據(jù)此采集城市地理信息，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制三維坐標(biāo)體系，在確定坐標(biāo)體系的基礎(chǔ)上再利用GPS數(shù)據(jù)光束法對(duì)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)實(shí)施平差控制，據(jù)此確定控點(diǎn)數(shù)量。最后，再利用衛(wèi)星將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，采用像片調(diào)繪技術(shù)對(duì)模型圖中的變更物、遮擋物等進(jìn)行補(bǔ)測(cè)和優(yōu)化調(diào)整，為城市規(guī)劃建設(shè)提供參考。

2.3 在地下水工程中的運(yùn)用

在地質(zhì)工程勘察測(cè)繪中，水下地形測(cè)繪是十分重要的內(nèi)容，測(cè)量難度比較大。在傳統(tǒng)的測(cè)量工作中，一般需應(yīng)用測(cè)深儀、潮位儀、經(jīng)緯儀等等，但是在這類設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用中，技術(shù)難度比較大，應(yīng)用流程復(fù)雜，很難保證測(cè)繪效率以及測(cè)量精度。對(duì)此，可利用GPS技術(shù)進(jìn)行水下地形測(cè)繪，將GPS檢測(cè)設(shè)備、接收裝置等安裝在水下環(huán)境中，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，進(jìn)而形成水下測(cè)繪體系，對(duì)水下地形進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)繪、成圖等。

2.4 在土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，但是在土地資源規(guī)劃利用方面依然存在一些不足，對(duì)此，需加強(qiáng)土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，需從自然角度以及社會(huì)角度對(duì)土地資源利用情況進(jìn)行分析，為國(guó)土資源規(guī)劃利用提供可靠依據(jù)。在此過(guò)程中，可利用GPS技術(shù)，提高土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效率，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性。比如，在城市公共交通工程規(guī)劃建設(shè)中，首先需對(duì)建設(shè)區(qū)域土地資源利用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，同時(shí)綜合考慮民眾聚集情況以及農(nóng)田分布情況，據(jù)此制定完善的交通工程設(shè)計(jì)方案。在GPS技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，在較大范圍內(nèi)能夠快速獲得土地資源數(shù)據(jù)信息，根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制三維模擬圖，提高交通工程設(shè)計(jì)水平。

2.5 在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

在城市規(guī)劃中，傳統(tǒng)的測(cè)繪方式需應(yīng)用大力人力和物力，并且測(cè)量效率比較低。對(duì)此，可利用GPS技術(shù)提高測(cè)繪效率，將全球地理信息系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，提高城市測(cè)繪質(zhì)量。政府有關(guān)部門可將測(cè)繪數(shù)據(jù)作為依據(jù)，據(jù)此進(jìn)行城市規(guī)劃，保證城市規(guī)劃方案的實(shí)用性。

3 工程概況

在某鄉(xiāng)鎮(zhèn)水土資源普查中，采用GPS技術(shù)，共規(guī)劃設(shè)計(jì)8個(gè)D級(jí)控制點(diǎn)以及86個(gè)工程點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，工作區(qū)以及外界交通條件良好。通過(guò)對(duì)區(qū)域地形地貌條件進(jìn)行分析，勘查區(qū)標(biāo)高在850m～1200m之間，坡度在2.5‰～3.0‰之間，地勢(shì)平坦?？辈閰^(qū)降水量為1769.0mm左右，區(qū)域內(nèi)河流全長(zhǎng)150km，河流蜿蜒曲折，河床底部為松散砂層，部分河床已干涸，河流水資源逐漸轉(zhuǎn)為地下水資源。

4 GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

控制測(cè)量布網(wǎng)方案：

4.1 平面及高程控制

對(duì)于該工程項(xiàng)目測(cè)區(qū)，在首級(jí)平面控制方面，采用D級(jí)GPS網(wǎng)，并布設(shè)線形鎖形式。在控制網(wǎng)布設(shè)過(guò)程中，要求圖形幾何結(jié)構(gòu)合理，提升約束力以及自檢能力?？刂破矫婢W(wǎng)為1954年北京坐標(biāo)系，并應(yīng)用國(guó)家高層基準(zhǔn)。

4.2 選點(diǎn)

在工程測(cè)繪中應(yīng)用GPS技術(shù)，對(duì)于各觀測(cè)站點(diǎn)之間的通視要求以及圖形結(jié)構(gòu)要求比較低，因此選點(diǎn)方式快速便捷。點(diǎn)位選擇可直接影響測(cè)繪工作的順利進(jìn)行，因此，在選點(diǎn)前，首先需對(duì)測(cè)區(qū)地理地形條件進(jìn)行調(diào)查，選擇視野開闊、便于安裝接收設(shè)備的區(qū)域，遠(yuǎn)離高壓輸電線、微波無(wú)線電傳輸通道、大面積水域，避免衛(wèi)星信號(hào)受到干擾，另外，要求地面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。在本次測(cè)繪工作中，共選擇7個(gè)GPS測(cè)點(diǎn)，為了保證點(diǎn)位進(jìn)度，在點(diǎn)位選擇完成后，需對(duì)點(diǎn)位埋設(shè)標(biāo)石做好標(biāo)志。

4.3 觀測(cè)作業(yè)

在外業(yè)觀測(cè)中，需對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)做好詳細(xì)記錄。在啟動(dòng)接收機(jī)前以及觀測(cè)過(guò)程中，需對(duì)觀測(cè)過(guò)程做好詳細(xì)記錄。在利用接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)作業(yè)時(shí)，對(duì)于衛(wèi)星截止高度，需控制在15°左右，而觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)量在4個(gè)以上，采樣時(shí)段45min以上，而采樣間隔時(shí)間則為5s。GPS控制網(wǎng)布設(shè)形式如圖2所示。通過(guò)對(duì)圖2進(jìn)行分析，GPS1～7為測(cè)區(qū)GPS控制點(diǎn)選點(diǎn)位置。

4.4 GPS數(shù)據(jù)處理

在利用GPS技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)繪時(shí)，接收機(jī)在接收數(shù)據(jù)后，需進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可獲得測(cè)量定位成果。在利用GPS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，關(guān)鍵步驟包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、預(yù)處理、基線結(jié)算以及GPS網(wǎng)平差。對(duì)于接收機(jī)所記錄的數(shù)據(jù)，可傳輸至計(jì)算機(jī)中，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和基線結(jié)算。所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)至接收機(jī)內(nèi)存模塊中，可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分流以及傳輸，進(jìn)而形成數(shù)據(jù)文件。為了提高數(shù)據(jù)預(yù)處理便捷性，需對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，轉(zhuǎn)為可識(shí)別文件。

基線向量結(jié)算即平差計(jì)算過(guò)程，計(jì)算方式復(fù)雜，要求去除觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差，同時(shí)還需綜合考慮觀測(cè)信號(hào)中斷、星座變化等因素影響。當(dāng)基線處理完成后，還需注意以下幾點(diǎn)：第一，觀測(cè)值殘差分析，架設(shè)觀測(cè)值存在偶然誤差，載波相位對(duì)于Ll波段信號(hào)的觀測(cè)誤差為2mm，如果偶然誤差為1cm，則觀測(cè)值受到系統(tǒng)誤差影響。在本次工程測(cè)繪中，應(yīng)用單頻接收機(jī)，如果短基線長(zhǎng)度在2km以內(nèi)，則為了避免電離層對(duì)數(shù)據(jù)造成不良影響，要求對(duì)單頻數(shù)據(jù)做好差分處理。第二，對(duì)基線向量閉環(huán)合差進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)段可形成同步環(huán)，如果基線向量閉合差值低于對(duì)應(yīng)等級(jí)的限差值，則閉合差精度較高。在完成基線向量校核后，即可對(duì)基線向量網(wǎng)平差進(jìn)行計(jì)算，然后再對(duì)GPS之間的相對(duì)坐標(biāo)差值進(jìn)行計(jì)算，最終確定GPS點(diǎn)坐標(biāo)。

圖2 GPS控制網(wǎng)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要對(duì)工程測(cè)繪中GPS技術(shù)的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。工程測(cè)繪技術(shù)類型比較多，而與傳統(tǒng)測(cè)繪方式相比，GPS技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，不僅操作方式方便快捷，而且能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而保證測(cè)繪結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性。因此，在工程測(cè)繪中，可推廣應(yīng)用GPS技術(shù)，為項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)提供可靠依據(jù)。