GPS技術在工程測量中的運用探析

劉軍

（貴州省交通科學研究院股份有限公司，貴州貴陽 550008）

隨著我國社會經濟發(fā)展的加快，建設項目的數量也在不斷增加。GPS測量技術是一種應用廣泛的技術，對測繪工作的進步和發(fā)展具有重要意義。GPS是一種基于衛(wèi)星的導航系統(tǒng)和衛(wèi)星無線電定位系統(tǒng)，它有很多優(yōu)點，GPS測量技術不僅可以保證導航和全天候、全世界范圍內的連續(xù)精確的定位，而且可以保證良好的保密性和較強的抗干擾能力，因此GPS測量技術在工程測量中得到廣泛的應用，為工程的質量提供保障。

1 GPS測量技術的特點

GPS測量技術是一種全球定位系統(tǒng)。定位的基本原理是空間距離與固定點相交的原則，當接收機利用無線電頻譜原理在規(guī)定的時間內測量接收機到三個發(fā)射站的距離時，只能以三個發(fā)射站為旋轉點，以測量的距離為基礎，用戶接收器的空間位置可以使用距離原理計算[1]。

GPS技術測量與制圖的基本特點包括以下幾個方面：測繪點間不用進行通視，這個特征解決了建筑物的大地測量和制圖中的一個大問題，因為這意味著測量點的選擇和制圖可以更靈活。但需要指出的是，測圖點上空是開闊的，更有利于接收GPS衛(wèi)星信號和采集測繪數據，與傳統(tǒng)GPS定位方法相比，定位精度有明顯提高。具體如下：5km內定位精度約為10~6；當定位范圍擴大到100~500km時，定位精度約為10~7；當定位距離為1000km時，定位精度為10~9。如果用于300~1500m的工程定位，每小時觀測數據的誤差僅在1mm以內，與me-5000型測波儀測量的數據相比，誤差明顯。

隨著科學技術的發(fā)展，GPS技術功能日益強大。在20km范圍內精確定位靜止目標只需15min，當參考站與每個移動站的距離在1.5km以內時，就可以對相對位置進行快速靜態(tài)測量。移動站的觀測可以在不到2min的時間內準確定位目標，之后可以隨時定位目標，每個站的觀測差在幾秒之內，一方面，測量和測繪通常是自動進行的，工作人員可以進行測地和測圖任務，前提是按照簡單的作業(yè)要求進行研究和測繪；另一方面，GPS主要提供三維坐標，以準確識別有關觀測點。

2 GPS的原理和優(yōu)勢

2.1 GPS的原理

GPS技術主要通過衛(wèi)星發(fā)射信號，根據衛(wèi)星在軌道上的不同定位進行分布。GPS是一種可以定時與測距的定點導航系統(tǒng)，能為用戶提供高精度、高實時性及連續(xù)性的三維位置同時還可測定三維速度和時間信息。GPS系統(tǒng)主要由空間段、控制段、用戶段3個部分組成，其運行原理主要是衛(wèi)星發(fā)射出測距信號及導航電文，用戶利用設置的GPS信號接收機同時接收3個以上GPS衛(wèi)星信號，準確定位測站點與3個以上衛(wèi)星間的距離，并計算此時衛(wèi)星的空間位置坐標，再利用距離交會法解析計算測站點的位置坐標，進而完成測量工作。

2.2 GPS的優(yōu)勢

首先，精度較高。GPS可以通過偽距法、載波相位測量和差分GPS定位等，處理系統(tǒng)內差分觀測值，利用4個以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤及相關的幾何圖形就可以進行厘米級的定位，并且點與點之間相互獨立，沒有誤差。所以這種測量技術適用于布設施工控制網及線路控制點的測量比較快的工程。

其次，操作便捷。傳統(tǒng)的工程測量主要利用三角網、導線網等方法，這些方法要求點間通視且精度不足。GPS測量技術的應用能夠對觀測站平面位置和觀測站的大地高程進行精確定位。另外，GPS技術中的實時動態(tài)差分法自動化能力較強，只需對GPS信號接收機精確定位并將數據處理設備進行連接，便可進行測量工作，操作簡便快捷。在進行實際測量時合一對觀測的點進行靈活的選擇，并對觀測的間距進行控制，提高觀測數據的精確度，減少測量作業(yè)人員和工作量，節(jié)約投入成本。

最后，連續(xù)性好。GPS測量技術受自然環(huán)境因素影響較小，在測量條件滿足要求的前提下可進行連續(xù)性觀測，不受時間限制。GPS測量技術能夠在地形復雜、地物障礙較多地區(qū)進行快速、高精度的定位作業(yè)，減少測量工作量，極大地縮短建筑工程測量時間。

3 GPS技術的應用方法

3.1 GPS靜態(tài)和動態(tài)定位

靜態(tài)相關技術主要由兩個以上的接收機組成，用于衛(wèi)星信號的接收和處理，精確計算控制點的坐標，以及計算其他測量點相對于某一給定點的位置點。這個該技術廣泛應用于測量范圍及其測量精度，而且準確度很高。GIS技術是一種新興的科學，匯集了環(huán)境科學、制圖和遙感、空間科學和計算機科學等學科，不僅能夠收集、儲存和管理地理數據。此外，還可以根據測量需要對數據庫中存儲的信息進行處理，從而提高效率。圖表工程測量和加速設計進度。在地形、地面位置，大隧道、高速公路測量中，由于距離遠、數量少，需要在現場確定一些控制點。采用傳統(tǒng)的測量方法，工程研究難度大，不能準確工程測繪的要求。采用GPS測量技術后，可以避免這些問題，并充分利用高精度控制網的性能，數萬公里的測量誤差小于2em，另外GPS測量技術也可用于橋梁和隧道技術，以獲得高分辨率的成像信息[2]。

對于全球定位系統(tǒng)動態(tài)測量技術根據加速度、位置、反射物體的時間等參數實時測量移動物體的信息。相對于靜態(tài)全球定位系統(tǒng)的相對定位，它使用固定接收機作為參考，而其他接收機正在移動并且是站動機計算兩個站之間的信號距離，以確定每個流站的位移和坐標。動態(tài)全球定位系統(tǒng)測量產生的差分數據目前正在處理中，通常是實時的和與實相關的。處理數據在采集測量信息之后，測量數據由參考站實時的傳輸，并且在處理后形成數據鏈。比較滯后數據測量數據而言在獲得后沒有及時傳輸，而位置處理數據往往也是如此。西方發(fā)達國家，動態(tài)全球定位系統(tǒng)的定位技術目前得到更多的利用，效果也更好。而我國這些領域的技術尚未得到充分發(fā)展，需要不斷改進和發(fā)展。

3.2 攝影和數字化測量技術的應用

所謂的攝影測量技術實際上是通過攝影獲取關于物體信息的一種技術，隨著科學和技術的發(fā)展，目前的攝影測量技術已成為數子化攝影制圖的一個階段，這主要包括利用圖像處理和計算機技術進行圖像制圖，并將大量外部測量數據進行傳送。這種技術不僅非常精確，而且非常迅速，在某些人口稠密地區(qū)，使用這種技術可以有效繪制大面積地圖，為城市建設和城市規(guī)劃等提供良好指導[4]。攝影測量技術在地形工程中的應用大大提高工程測量的精確度及加快其速度，同時也提高測量的質量及加快其速度，節(jié)省了大量的人力和財政資源以及建筑費用。

數字化制圖技術的應用，我國數字制圖技術的應用得到發(fā)展。傳統(tǒng)繪制地形圖和工程圖需要大量的人力和物力資源，而且施工環(huán)境很困難，由于地圖的長度和形態(tài)的變化，很難適應不斷變化的城市建筑和現代工程的需要。數字制圖技術的應用，有效地將數據收集與數字制圖結合起來，它們形成一個包括從外部到內部的數據處理和制圖的自動化制圖系統(tǒng)，它不僅使制圖自動化，減少制圖的困難，它還建立專門數據庫和基本地理信息系統(tǒng)。

3.3 RTK技術和虛擬現實技術的運用

實時動態(tài)（RTK）定位技術以GPS測量技術為基礎發(fā)展而成的，在工程測繪、地理測繪、房地產工程測繪中應用較多，也發(fā)揮著重要作用。實時動態(tài)定位系統(tǒng)主要構成部分包括基準站、流動站等，通過打造無線數據通信能夠完成實時動態(tài)測量，測量模式包括快速靜態(tài)定位、動態(tài)定位等。進行工程測量時，需要有機結合這兩種定位模式，并做好工程勘測樣、監(jiān)理等前端數據采集工作。在地理與房地產測繪中應用實時動態(tài)定位技術時，在實時測量建設用地以后，對位置進行測定，從而將土地使用范圍確定下來，并計算用地面積。在采用實時動態(tài)定位技術以后，能夠解決常規(guī)解析法的復雜性，讓建設用地勘測程序得到簡化，實現檢測速度與精度的提升，為測繪的質量與效率提供可靠的保障[3]。

就傳統(tǒng)的地形測量而言，測量主要是通過人工操作進行的，這就無法更好地控制數據的問題。全球定位系統(tǒng)測量技術的創(chuàng)新，可將虛擬現實技術應用于工程制圖，利用全球定位系統(tǒng)的計算機平臺作為平臺，創(chuàng)建具有現實性、互動性等特點的虛擬工程繪圖環(huán)境，全面描述繪圖的實際環(huán)境。在應用虛擬技術的過程中，可以在計算機中通過三維圖像將工程測繪流程表現出來，對工程的效率和質量加以保障。

4 結語

綜上所述，GPS技術操作簡單、測量準確度高、可靠性強。將全球定位系統(tǒng)測量技術應用于工程中的測量，可確保工程建設的精確度和安全性得到提高。GPS在工程測量的應用中可以極大的減少誤差。工程測量可以根據實際情況合理選擇測量方法以及通過積極利用其他國家的知識和經驗，繼續(xù)改進全球定位系統(tǒng)測量技術的應用以及最先進的測量技術的使用，有助于不斷提高國家的建筑質量。