GPS測繪技術在工程測繪中的應用

繆愛平，雒金泉

（湖南省核工業地質局三〇六大隊，湖南 衡陽 421000）

GPS技術已被推廣應用于各個領域，能夠為人們日常生產和生活提供便利。GPS技術操作方式便捷，應用效率比較高，并且能夠保證測繪結果準確性，應用前景廣闊。各類工程項目建設數量不斷增多，通過將GPS技術應用于工程測繪中，能夠有效提升工程測繪效率，避免傳統測繪方式的弊端，為項目建設提供可靠依據。

1 GPS測繪技術的工作原理

GPS技術的應用基礎為衛星，衛星可接收定位信號，同時信號傳輸方式快速便捷，在數據采集完成后即可進行計算分析，同時與各類信息進行有效融合，據此創建三維立體模型。在GPS技術的實際應用中，首先需確定空間坐標系統以及地面固定坐標系統，協調兩個系統，提高定位結果準確性，保證信息傳輸明確。在空間坐標系統與地面固定坐標系統的轉換過程中，通過應用坐標可形成控制定位，保證測量數據準確性。另外，在GPS技術的應用過程中，還需采用定位法進行劃分，形成相對定位以及絕對定位，采用空間集合對相關數據進行計算和分析，準確定位物體位置。GPS技術的應用原理如圖1所示。

圖1 GPS工作原理圖

2 GPS技術在工程測繪中的應用

2.1 在工程變形測繪中的應用

在工程項目建設中，在施工技術、結構受力、建筑材料、地面沉降等因素的影響下，可能會發生建筑工程變形，進而對工程項目質量造成嚴重不良影響，要求密切觀察，及時了解建筑工程變形情況，并采取有效的應對措施，保證建筑施工質量。可將GPS技術應用于工程項目測繪中，可對項目變形情況進行監測。比如，某水利工程大壩總長度為500m，在該水庫大壩建設中，以間距100m設置5個監測基準點，然后在大壩兩側增加3個監測點，共計8個監測點，將GPS監測設備安裝在各個監測點上，據此形成水庫大壩監測網絡，持續觀測30天，對8個監測點監測所得數據進行分析，該水庫大壩總體位移在±1mm～±2mm之間，沒有發生明顯變形。

2.2 在城市建設中的應用

GPS技術能夠將宏觀布網與微觀布點進行有效結合，對目標區域地理地形分布情況進行全面勘察，同時還可確定基準點、輪廓線等，在城市規劃、國土資源調查中得到推廣應用，能夠有效保證地理網點布孔的高效性。在地理網點布孔中，可將GPS技術技術與GPS技術以及航攝技術進行有效結合，據此采集城市地理信息，并根據測量結果繪制三維坐標體系，在確定坐標體系的基礎上再利用GPS數據光束法對區域網絡實施平差控制，據此確定控點數量。最后，再利用衛星將動態數據作為基礎，采用像片調繪技術對模型圖中的變更物、遮擋物等進行補測和優化調整，為城市規劃建設提供參考。

2.3 在地下水工程中的運用

在地質工程勘察測繪中，水下地形測繪是十分重要的內容，測量難度比較大。在傳統的測量工作中，一般需應用測深儀、潮位儀、經緯儀等等，但是在這類設備的實際應用中，技術難度比較大，應用流程復雜，很難保證測繪效率以及測量精度。對此，可利用GPS技術進行水下地形測繪，將GPS檢測設備、接收裝置等安裝在水下環境中，與計算機系統進行連接，進而形成水下測繪體系，對水下地形進行自動化測繪、成圖等。

2.4 在土地動態監測中的應用

城市化建設進程不斷加快，但是在土地資源規劃利用方面依然存在一些不足，對此，需加強土地動態監測。在土地動態監測中，需從自然角度以及社會角度對土地資源利用情況進行分析，為國土資源規劃利用提供可靠依據。在此過程中，可利用GPS技術，提高土地動態監測效率，保證監測數據準確性和可靠性。比如，在城市公共交通工程規劃建設中，首先需對建設區域土地資源利用情況進行監測和分析，同時綜合考慮民眾聚集情況以及農田分布情況，據此制定完善的交通工程設計方案。在GPS技術的實際應用中，在較大范圍內能夠快速獲得土地資源數據信息，根據測量結果繪制三維模擬圖，提高交通工程設計水平。

2.5 在城市規劃中的應用

在城市規劃中，傳統的測繪方式需應用大力人力和物力，并且測量效率比較低。對此，可利用GPS技術提高測繪效率，將全球地理信息系統與全球定位系統進行有效結合，提高城市測繪質量。政府有關部門可將測繪數據作為依據，據此進行城市規劃，保證城市規劃方案的實用性。

3 工程概況

在某鄉鎮水土資源普查中，采用GPS技術，共規劃設計8個D級控制點以及86個工程點，根據現場勘查，工作區以及外界交通條件良好。通過對區域地形地貌條件進行分析，勘查區標高在850m～1200m之間，坡度在2.5‰～3.0‰之間，地勢平坦。勘查區降水量為1769.0mm左右，區域內河流全長150km，河流蜿蜒曲折，河床底部為松散砂層，部分河床已干涸，河流水資源逐漸轉為地下水資源。

4 GPS測繪技術在工程測繪中的應用

控制測量布網方案：

4.1 平面及高程控制

對于該工程項目測區，在首級平面控制方面，采用D級GPS網，并布設線形鎖形式。在控制網布設過程中，要求圖形幾何結構合理，提升約束力以及自檢能力。控制平面網為1954年北京坐標系，并應用國家高層基準。

4.2 選點

在工程測繪中應用GPS技術，對于各觀測站點之間的通視要求以及圖形結構要求比較低，因此選點方式快速便捷。點位選擇可直接影響測繪工作的順利進行，因此，在選點前，首先需對測區地理地形條件進行調查，選擇視野開闊、便于安裝接收設備的區域，遠離高壓輸電線、微波無線電傳輸通道、大面積水域，避免衛星信號受到干擾，另外，要求地面基礎結構穩定性強。在本次測繪工作中，共選擇7個GPS測點，為了保證點位進度，在點位選擇完成后，需對點位埋設標石做好標志。

4.3 觀測作業

在外業觀測中，需對測量數據做好詳細記錄。在啟動接收機前以及觀測過程中，需對觀測過程做好詳細記錄。在利用接收機進行靜態作業時，對于衛星截止高度，需控制在15°左右，而觀測衛星數量在4個以上，采樣時段45min以上，而采樣間隔時間則為5s。GPS控制網布設形式如圖2所示。通過對圖2進行分析，GPS1～7為測區GPS控制點選點位置。

4.4 GPS數據處理

在利用GPS技術進行工程測繪時，接收機在接收數據后，需進行數據處理，即可獲得測量定位成果。在利用GPS技術進行數據處理時，關鍵步驟包括數據采集、傳輸、預處理、基線結算以及GPS網平差。對于接收機所記錄的數據，可傳輸至計算機中，通過利用計算機進行數據預處理和基線結算。所有數據均存儲至接收機內存模塊中，可同時進行數據分流以及傳輸，進而形成數據文件。為了提高數據預處理便捷性，需對數據文件進行標準化處理，轉為可識別文件。

基線向量結算即平差計算過程，計算方式復雜，要求去除觀測數據粗差，同時還需綜合考慮觀測信號中斷、星座變化等因素影響。當基線處理完成后，還需注意以下幾點：第一，觀測值殘差分析，架設觀測值存在偶然誤差，載波相位對于Ll波段信號的觀測誤差為2mm，如果偶然誤差為1cm，則觀測值受到系統誤差影響。在本次工程測繪中，應用單頻接收機，如果短基線長度在2km以內，則為了避免電離層對數據造成不良影響，要求對單頻數據做好差分處理。第二，對基線向量閉環合差進行計算，同時段可形成同步環，如果基線向量閉合差值低于對應等級的限差值，則閉合差精度較高。在完成基線向量校核后，即可對基線向量網平差進行計算，然后再對GPS之間的相對坐標差值進行計算，最終確定GPS點坐標。

圖2 GPS控制網

5 結語

綜上所述，本文主要對工程測繪中GPS技術的應用方式進行了詳細探究。工程測繪技術類型比較多，而與傳統測繪方式相比，GPS技術應用優勢明顯，不僅操作方式方便快捷，而且能夠對采集的數據進行優化處理，進而保證測繪結果準確性和可靠性。因此，在工程測繪中，可推廣應用GPS技術，為項目規劃建設提供可靠依據。