GPS測量技術在工程測繪中的實際應用

平國生

【摘 要】 隨著國內工程建設與GPS測量技術的快速發展，GPS測量技術在工程測繪中得以廣泛的應用，并起到了不可替代的作用。本文就當前GPS測量技術的概況和特點，探析了在工程測繪中常用的幾類GPS測量技術及其應用原理，并分類研究了它們在工程測繪中的實際應用。

【關鍵詞】 GPS測量技術；工程測繪；實際應用

一、 GPS測量技術概況及特點

1.1 GPS測量技術概況

相較于傳統測量技術，GPS測量技術在精確度、速度、操作程序、測量范圍和費用等方面都體現了較大的優越性。隨著國內工程測繪行業的快速發展，GPS測量技術在該行業的到了廣泛的應用，也促進了工程測繪領域的重大革新。

GPS系統是于1973 年l2月美國國防部批準研制的以衛星為基礎的無限電測時導航或全球定位系統，由地面監控系統、用戶設備GPS接收機和空間GPS衛星星座三大部分組成。隨著GPS系統限制逐步放寬，以及系統 可用性、可靠性和安全性的改善，使得GPS系統精密工程測繪領域得到更廣泛深入的應用。測繪人員通過利用GPS衛星定位技術構建GPS網來超遠距離傳輸實地測量數據給工程測繪管理部門，以保證測量工作的連續性、有效性和精確性。

1.2 GPS測量技術特點

GPS測量技術主要具有定位精度高，觀測時間短，測站間無需通視，儀器操作簡便，全球全天候統一的三維地心坐標定位等功能特點。經過不斷的研發實踐，GPS靜態相對定位的精度及其測量基線的精度有大幅提高，在實時動態定位的精度上也取得突破，基本上對于監測大型工程的結構變形上，平面精度可提高至亞毫米級，高程精度控制于1mm左右。GPS系統、控制網和軟件水平的逐步完善，使其觀測時間極大地縮短，作業效率也有很大的提高。GPS系統與衛星間保持通視，可隨時隨地進行監測工作，大量減少了測站間通視所需時間和費用。隨著GPS接收機的不斷改進，GPS測量也逐步實現自動化，其測量儀器簡而易，操作也較為簡單。大量GPS衛星均勻分布于天際，實現了GPS網絡全球連續覆蓋，使得其監測工作全球全天候進行，而無任何干擾。由GPS基線網投影變換成工程測繪所需的測量控制網，形成全球統一的三維地心坐標體系；又因為GPS基線網投影變換與常規地面網測量控制點原點和起始方向都相同，所以其轉換計算也較為簡單。

二、 在工程測繪中常用的GPS測量技術及其實際應用

在工程測繪中，GPS測量技術種類很多，應用也很廣泛；其中較常用的GPS測量技術有GPS定位技術、虛擬現實技術和RTK技術。

2.1 GPS定位技術及其應用

2.1.1 GPS定位技術

GPS定位技術在工程測繪過程中的基本應用原理為利用物理學與幾何學原理通過結合GPS系統空間分布衛星與地面接收裝置，對物體進行多方位的測量。當前國內廣泛應用工程測繪領域的GPS定位技術主要有靜態和實時動態相對定位技術模式，其中靜態相對定位技術是由測繪技術員通過對多臺排成一條基線的地面接收裝置，同步觀測45分鐘，并統計和處理觀測數據與結果的技術實現過程；而實時動態相對定位須先選取點位較為精確的控制點作為測控站，再利用一或多臺地面接收裝置，依據載波相對觀測量，對不同角度的動態信息連續觀測。一般在使用定位技術時，GPS接收機需要同時接收四顆衛星，才能進行三維定位；而要使定位精度達到厘米級別，則至少需接收5顆以上的衛星。

2.1.2 實際應用

（1）采用實時差分GPS定位測定水下地形圖

在進行海洋資源開發利用的過程中，需要通過對水深和平面位置的三維測定并利用微機繪制精密的水下地形圖。過去在測定水深時，常利用測深儀依據超聲波測量水深的原理測定，再利用潮位儀進行潮位測定，以修正水深測量值，得到水下地形的高程；同時利用采用經外測距儀、經緯儀或應答器等無線電定位設備測量平面位置；最后確定三維體系。這套測量體系操作復雜，且對外界條件要求苛刻。而采用實時差分GPS技術可將潮位儀、測深儀、差分DGPS接收機以及終端設備結合起來， 構成一套完整的水下測繪系統。在進行實地測繪使，首先利用DGPS接收機接收的GPS衛星信號以及差分基站的校正信號，再用基臺校正數據，修正測量誤差。其間DGPS接收機可將測定的坐標參數輸入到計算機中，經過計算與坐標轉換，在彩色顯示屏上實時顯示所需測定的數據。

（二）采用后處理差分GPS動態定位進行海上工程測量定位

GPS后差動態定位是在差分基站和船站分設GPS接收機，對來自相同衛星組的導航信號進行同步測量，再通過基站所得校正值，進行測后數據修正。該技術要求差分基站與船站同日報收、記錄和處理來自至少三顆相同衛星的信號和數據，拷入同一計算機進行統一的數據處理；再利用后差分軟件計算差分改正數。然后按照時間對應的方法對GPS觀測數據進行校正，以求得修正后的船載接收機天線所在位置的精確地理坐標；其所得最終的數據與框圖可用于大比例尺測繪及海上工程的測量定位。

2.2虛擬現實技術及其應用

2.2.1 GPS虛擬現實技術

GPS虛擬現實技術主要是通過結合計算機繪圖技術虛構逼真且相互作用的工程測繪環境對一些地質條件較復雜的區域進行實地測繪，并及時有效地將測繪流程及相應安全要點，以三維圖形的形式在計算機上顯示出來；最后還要查出并及時修正和完善測量方案中存在的問題，以確保GPS測量技術的精確性。

2.2.2 實際應用——施工臨時水準點的測量

在工程測繪的水準測量中，設計單位在未進行嚴密的實地預測的情況下，應用傳統測量技術進行測量，使得出的水準點普遍距離較遠，施工時使用也不便。施工臨時水準點的測量與確定是指利用GPS接收機通過天線安置、接收機操作和觀測記錄等作業流程采集來自GPS衛星的導航信號。首先要嚴格按照技術設計時所擬定的觀測計劃實施外業觀測，以協調好進程，提高外業觀測的工作效率，從而保證測量成果的精度。如在部分大型公路工程項目的實地測量工作中，測量人員可以通過應用GPS測量技術得以觀看衛星同步圖片，進而根據實地地形地貌對路基高度進行全面分析，同時可沿路線方向房基、機井臺等較堅固處間隔200～250m左右，補置一個施工用水準點，并詳細記錄各加密水準點位置。

2.3 RTK技術及其應用

2.3.1 RTK技術

RTK技術是一種能夠準確地對界址點以及一些地物點的位置進行精確度可達厘米級的實時測定技術。

2.3.2 實際應用——地籍與房地產測繪

RTK技術應用領域也比較廣泛，尤其是在地籍與房地產領域，只須對GPS觀測數據進行分析處理后，可直接錄入GIS系統，便可得到精確的定位圖；對于衛星遮蔽地帶，可輔以其他測量儀器（如全站儀、經緯儀等）利用圖解法進行細部測量。在房地產建設中，RTK技術常被用于地質勘測，它不僅能對界樁位置進行準確測定，還能通過勘測放樣及量算，測出土地使用范圍與面積。除此之外，該技術還常被用于土地利用的動態監測，既省工省時，且精度高，為土地利用情況的實時動態監測提供了基礎。

4 結語

經理論與實踐證明，GPS測量技術在工程測繪中，不僅能夠提高工程測繪的可靠性和作業效率，還極大的降低了作業強度，以適應“快節奏”的時代要求，當然在使用該技術時，也存在一些隱在的誤差，還須我們進行不斷的探索和改良。

參考文獻

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