淺談GPS測繪技術在建筑土木工程中的應用

岐委東

（山西天昇測繪工程有限公司 山西太原 030001）

淺談GPS測繪技術在建筑土木工程中的應用

岐委東

（山西天昇測繪工程有限公司 山西太原 030001）

在科學技術不斷進步的過程中，現代化的測繪技術逐漸完善，在工程領域中獲得了廣泛的應用。GPS測繪技術憑借著高標準和高精度的測量優勢，在建筑土木工程中不斷推廣，為工程施工質量的控制提供了依據。本文結合GPS測繪技術的介紹，分析了其在建筑土木工程中的應用。

GPS；建筑土木工程；應用探析

每項工程都必須與社會的經濟效益相掛鉤，測量是工程項目中最基本的工作，在設計和施工中發揮著重要的作用，只有通過精確的工程測量，才能完成實際工程項目的設計和施工規劃，為工作布置提供合理的依據。比如為取得一條最經濟最合理的路線，必須先進行路線勘測，繪出路線圖。工程測量在設計和施工過程中占據著重要位置，在日常生活中常用測距、測角和測水準等方式進行常規測試，隨著時代的發展和科技的進步，GPS技術逐漸取代了傳統的常規測量技術，并以全新的面貌迎接新的挑戰。

1 GPS測繪技術介紹

GPS即全球定位系統，以高速運行的衛星作為重要的工具找出物體的瞬間位置，將其作為已知數據，在空間中應用后交匯的方法對待測點的位置進行確定。在GPS測繪技術應用過程中，常采用兩種坐標系統，即空間固定的坐標系統和大地對應的地固坐標系統。對地固坐標系統而言，為了求出使用使用坐標系統的坐標，在工程測量的過程中必須進行坐標轉換。GPS測量系統主要包括控制部分和用戶部分[1]。

1.1 控制部分

控制部分主要包括地面上的跟蹤站，從結構上講，跟蹤站又可以分為主控站、監控站和注入站。其中主控站負責接收監控站獲得的數據，對數據進行處理后加工成導航電文傳輸到注入站中。注入站將數據信息傳輸到衛星的存儲部分，進行數據信息的動態監測。

1.2 用戶部分

用戶部分主要包括微處理器、接收機和終端設備，用戶部分接受衛星發出的信號，將信號整理后實現定位導航，在GPS應用的過程中，只有在用戶的幫助下才能發揮出測量作用。

2 GPS測繪技術在建筑土木工程中的應用

2.1 靜態相對定位的應用

針對靜態GPS測量技術而言，現代測繪作業中主要應用于勘測控制網的布設中，具有較高的經濟效益，并且測量精度高，操作較為簡便。應用靜態GPS測量技術建立勘測控制網，成本僅為常規勘測的25%，以下介紹靜態GPS測量中控制網的建立方法：

2.1.1 初步勘察

結合實際土木工程的測繪工作，及時獲得項目資料，對現場的水文地質狀況進行詳細的勘察，先組織測量人員初步勘察，為后期GPS測量點的選擇提供依據，對不同測量點之間的聯測工作進行初步構思。

2.1.2 控制網設計

GPS控制網設計過程中需要考慮較多的因素，必須在應用中結合工程實際，利用接收機同步觀測不同的邊和點，構成完整的測量網，構建出異步環、同步環和復測基線的點位，提高控制網的集合度。

2.1.3 選點

選點過程中嚴格遵循設計圖紙的規定，以嚴格的間距要求控制所選點之間的間距，為后期接收設備的安裝做好準備，保證測量工作的順利進行[2]。

2.1.4 架設GPS觀測儀

GPS觀測儀架設過程中需要嚴格按照選點規則，先安裝好接收天線，再安裝接收機設備，便于正確處理觀測信息。

2.1.5 觀測數據的處理

GPS在土木工程中的應用，需要對測量基線進行求解，并作出平差計算，在專業的計算機軟件中導入GPS的原始測量數據，解算出基線結果，并對結果進行檢驗，最后對GPS網進行預處理，及時排除基線解算的誤差，根據最終的基線解算結果選擇控制網的平差值。

2.1.6 高程測量

實際應用中發現，如果以大地水平面為基準的正常高最為依據，測量結果中的大地高將存在較大的誤差，因此必須獲取正常高的精確值，也就是要聯測出一定數量的水準點，通過擬合計算后得出高程的異常值，再求出待測點的高程。在測量高程的過程中也不會出現累積誤差，在作業過程中也十分迅速便捷，所以被廣泛應用于小區域的靜態定位測量中。應用靜態定位技術對水準高度進行擬合，可以為高程測量提供可靠的依據。

2.2 動態相對定位的應用

靜態定位方法在實際應用中也存在一定的弊端，例如數據處理較為滯后，對觀測數據的質量造成了一定的影響。近年來廣泛應用RTK技術，在載波相位觀測的基礎上進行動態觀測定位，可以實時提供觀測站點內定位結果，具有較高的精度。在RTK作業模式中，基準站可以將數據及時傳送到流動站中，流動站獲得數據信息后及時作出差值分析，及時給出定位結果。

3 實例應用

在江漢平原一袋需要建立一所獲利發電站，為中部地區提供可靠優質的電能，借助GPS測繪技術進行選址和測量。以下重點論述了該項技術的應用過程。

3.1 布設GPS網

測區海拔高度800m，面積約為40km2。測量之前并沒有掌握已知的結果。在實際應用中設置了二等GPS網對測區進行全面覆蓋，采用加密三等GPS網進行高程控制。在測區內選擇了15個合理的觀測點。為了提升控制網的精度，本次測量中選擇了邊連式的四邊形網絡結構。

3.2 應用方法

觀測過程中采用了6臺雙拼信號接收機，其中三臺型號為萊卡1230，另外三臺為萊卡GS180。觀測工作開始前，結合實際工作內容制定出測量計劃，繪制GPS衛星的測量預報表，便于開展后期的同步觀測。針對不同的觀測時間段，需要選用不同的同步環進行觀測，觀測時間控制在60min以上，衛星的高度角控制在15°以上，設置了8個有效觀測衛星，任意觀測衛星的觀測時間在20min左右，采樣過程中的中間隔為15s[3]。

針對B級GPS控制網而言，在測量的過程中，同一邊任意時刻的邊長之差記為△d，該值需要滿足以下關系：

其中σ表示在儀器的標稱精度狀況下，實際計算出的基線距離中誤差。如果成果檢測不合格，必須重新檢測基線邊和基線網。

本次測繪工作中沒有響應的控制成果，在整個GPS網覆蓋區域內布設了五等導線點。在實際工作中先布設出二等GPS網，后布設出三等GPS網，最后布設出五等附合導線，為了形成全區域內的測繪控制網，在實際中聯測出三等三角高程。

在組成二等GPS網的過程中，需要將二等GPS控制網作為測區內的平面控制網，結合平原地帶的地勢特征，經GPS測點成對埋設，本項目共設有8對GPS測點。在每對GPS測點中抽取一個作為二等GPS測點，另一個為三等GPS測點。按照二等GPS測點的精度要求，每對測點的觀測時間控制在8h，PDOP的值在8以下，數據采樣時間控制在15～30s，本項目中選為25s，衛星的高度截至角為15°，同一時刻觀測的衛星數量在4個以上，有效衛星綜述在6個以上。重復基線測量過程中保證差值在2σ以下。

針對同步環而言，需要將不同的坐標分量閉合差控制在以下標準范圍內：

針對異步環而言，需要將不同的坐標分量閉合差控制在以下標準范圍內：

其中Wx、Wy、Wz、W為不同方向上的坐標分量，σ表示相應GPS控制網規定的相鄰點的弦長精度，此弦長精度按照平均邊長計算，在實際應用對精度進行控制，保證全網最弱的相鄰點邊長的相對中誤差在1/150000以下[4]。

針對三等GPS網的布設，需要按照嚴格的精度要求，不同點的同步觀測按照1.5h，PDOP值在10以下，數據采樣間隔在15～30s之間，本項目選取25s，衛星的高度截至角為15°，同一時刻觀測的衛星數量在4個以上，有效衛星綜述在6個以上。重復基線測量過程中保證差值在2σ以下。

針對同步環而言，需要將不同的坐標分量閉合差控制在以下標準范圍內：

針對異步環而言，需要將不同的坐標分量閉合差控制在以下標準范圍內：

在實際應用對精度進行控制，保證全網最弱的相鄰點邊長的相對中誤差在1/180000以下。

3.3 GPS數據處理

應用Pinnacle GPS軟件得出基線解，得出數據的平均比率為40.4，檢驗結果合格。以GPS測量規范為基準，處理不同的限差，在滿足GPS精度要求的前提下，檢測復測基線、同步環和異步環的結果。

在本項目的測繪過程中，GPS的最大邊長、最大邊長和平均邊長分別為23.1km、2.1km、9.4km，最終得出的同步環和異步環的閉合差分別為20.9mm、46.4mm，滿足GPS測量規范的精度要求。其中以異步環閉合差統計為例，給出了如表1所示的最大誤差值和允許誤差值。

表1 異步環閉合差統計

在計算GPS網平差的過程中，選用GANAS GPS數據處理軟件，對外業測量結果進行了確定，在WGS84坐標系下計算出網平差，以Vx、Vy、Vz表示不同方向的基線分量，則需要滿足以下關系：

其中Mo表示基線長度中誤差，平差后不同方向上的基線分量Vx、Vy、Vz分別為8.478mm、13.849mm、16.580mm，滿足上述要求。

4 結束語

GPS技術已廣泛應用于建筑土木工程領域，與傳統的測繪方法相比，使用GPS技術不但縮短了工作周期，提高了工作效率，而且也提高了測繪質量，利用GPS技術還可以布設測量工程的控制網，將為未來工程測量行業的發展提供新的動力。

[1]《公路勘測規范》（JTGC10-2010）.北京：人民交通出版社，2010，36（4）：69.

[2]馮曉，周平，范洪成，等.基于RTK功能的GPS道路中線測設原理與試驗[J].重慶交通學院學報，2012，21（4）：75～78.

[3]裴亮.測繪學基礎[J].北京：教育科學出版社，2013，25（7）：125.

[4]孟凡超.GPS RTK與全站儀聯合作業在數字測圖中的應用[J].北京測繪，2010，25（2）：57～60.

P228.4

A

1004-7344（2016）05-0181-02

2016-2-5

岐委東（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事測繪工作。