基于GPS技術在建筑工程測量中應用研究

田九玲

摘要：利用案例分析法，首先對GPS定位系統定位原理及系統結構特點進行介紹，選取測量區域，對GPS定位系統在建筑工程大比例尺地形圖測量中的應用進行分析，其中主要包含的應用內容有實測方案，測量的范圍限制及GPS測量控制網的主要技術參數要求。通過以上內容的描述，總結出GPS具有測量選點靈活，且實現了智能化、自動化測量，提升工作效率，進而產生經濟效益和社會效益。

關鍵詞：GPS定位系統;大比例尺;地形圖;測量

中圖分類號：TUl98;P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）02-0111-04

0引言

GPS定位系統的研究起源于美國，主要應用于軍事研究，而后新一代的定位系統建成，功能更加全面，主要涉及的領域是地形圖的測量。GPS定位系統是基于無線傳輸系統，借助衛星導航儀開展的地形圖測量工作，其在應用過程中具有速度快、自動化能力、地理測量坐標準確等特點，因此其在各個領域中得到應用。本研究主要以其在建筑工程大比例尺地形圖測量中的應用進行分析，結合案例分析法，闡述GPS定位系統的工作原理，同時對其控制網主要技術參數要求進行分析，以期為相關領域提供理論參考。

1GPS系統定位原理及測量特點分析

1.1 GPS系統定位原理

根據距離交回定點原理，實現GPS定位系統的標準化應用，依據三顆及以上的衛星系統，對位于待測點附近的GPD接受系統天線提供信號的傳輸，通過實際傳輸的數據嘲，計算得到待測點距離衛星的距離，同時通過公式（1）可計算出三顆衛星的三維坐標（X，Y，Z）。

GPS系統是將人造衛星作為參考依據點，根據待檢測點的位置，運用數學幾何思維，通過GPS實際定位測量計算出待測點距離整個人造衛星間的距離，從而實現幾何學上的三角測評。

1.2 GPS系統測量特點分析

根據實踐及系統使用經驗分析看，GPS系統測量主要具有以下4個特點。

1）測量精度高。與常規測量相比，在基準線50km以下時，其測量精準度可以達到1×10^-6，隨著基準線的逐步增大，其定位精度逐步提升-引。

2）側量基準站可遠程對接。在測量過程中，不受到距離的限制，根據實際測量需要確定待測點，各測站之間無需通視，選點靈活方便。

3）觀測時間較短。GPS測量過程中每站測量過程中的靜態相對定位時間在20min，動態相對定位僅需幾秒鐘即可實現。

4）儀器操作簡便，可進行全天候作業。GPS系統屬于信息化、自動化系統設計，在使用過程中只需進行簡單調試，保證數據網絡的穩定性即可使用，對于開機后的參數進行標準化設定，以防數據測量精度不夠;此外，GPS系統衛星分布均勻，由于可進行數據的自動檢測，因此測量工作效率高，不受天氣變化影響，可實現全天候檢測作業。

2GPS定位系統在大比例地形圖測量中應用及技術實現

2.1測量控制應用

導線測量隨著GPS系統測量的出現而逐漸退出歷史舞臺，同時導線測量也已經不能滿足大比例地形圖測量的標準，因此GPS系統測量將逐步成為建筑工程大比例尺地形圖測量中主要應用技術。從GPS系統靜態測量過程中具備的特點及優勢分析看，GPS系統在作業的過程中無需通視，增加了測量工作開展的靈活性，通視可以有效的提升測量的精準度。對于靜態的測量控制來說，后續的數據處理存在一定缺點，往往會由于測量控制過程難以把控，導致重復測量，使得數據精度缺失，因此在測量控制應用過程中，應保證定位結果的精度，力爭測量成功率。

2.2建筑工程大比例尺地形圖中像控點測量應用

像控點的測量與GPS測量技術之間是相輔相成的，且聯系緊密，在應用過程中，應首先選擇完成像控點的測量位置，通過架設控制點坐標，實現交會點處的全面測量。另外，由于在建筑工程大比例尺地形圖測量過程中存在不易測量的點，因此應緊密結合像控點測量的準確獲取渠道，根據像控點測量的優勢，及時分析對控制點的逐級測量標準化控制，能夠根據像控點位置的確定，縮短作業周期，提升GPS系統測量的效率。

此外，在建筑工程大比例尺地形圖測量中的建筑物規劃、用地測量及小方位的調控技術中，應從宏觀和微觀上分析GPS技術應用及實現的理論，同時確立界址點的坐標及位置，促進大比例地形圖測量過程中的相互整合圖層的形式規范化。融人數字化、自動化測量技術，根據三維坐標的獲取理論能夠在地形的勘察及有效調控過程中融入數據結合理論。

3應用案例分析

選取某地區比例尺為1：1000的地形圖，首先進行首級控制點的布選，布設E級GPS控制網，其精度及誤差控制在10mm以下，同時比例誤差控制在20mm以下，都符合測量規范的要求。其次，對整個待測區域進行實地勘察，在E級測量控制網中，由3個待測點和2個已知點組成，且均以代號“GE”開頭。以靜態引入的方法，實現3個待測點的GPS測量，架設基站架，對以前的觀察點進行數據校準，每次搬站的過程應符合規范要求。此案例的外業觀測等級標準指標如表1所示。

依據測量的結果準確填寫統計信息，確保測量的準確度，最后選取中數使用，確保天線高紀錄的一次性統計，不可進行修改。

數據測量觀察過程中的準確度及其控制措施如下：為確保GPS數據測量及統計準確度，對于各項參數的限差進行規范化分析，衛星高度角在一級等級范圍內應大于等于15，且二級同上。有效觀測衛星數在一級設置為大于等于5，二級設置為大于等于5;平均重復設置站數和時段的長度，在等級一和等級二中相等，數據采集的時間段為10min以上，60min以下。觀測的過程中應認真，且維持兩次測量，確保數據測量的精度符合規范要求。在基線解算及使用GPS接收機測量的過程中應使用商用軟件，測算得出GPS網相鄰點弦長精度不超過9.0ppm，環線全長相對閉合差不能超過15.0ppm。

4GPS測量定位技術精度、可靠度分析

通常，廠家提供的GPS系統定位設備只能夠應用到一般性質的作業單位中，$80 GPS RTK型號定位系統應用較多，從測量的精度上分析，一般包含有平面和高程精度，精度值分別可達到2cm+lppm、5cm+lppm。建筑工程大比例尺地形圖測量中，衛星運行周期狀態、測量施工周邊環境等的影響較大，使得GPS測量只是在一個較為理想化的狀態下進行實施，由于GPS的作業狀態分布及所能夠滿足的RTK級別控制測量技術理論等，對測繪地形圖中的相關精度級別和實際工程體系的應用進行合理化的驗證分析，為此選定了本研究案例中的某項目以1：500的地形圖為主要測繪比例，并開展了測繪成果的檢驗檢測及評估。

4.1控制點測量精度的驗證分析

為了能夠通過GPS有效額的實現測量點位的精度驗證分析，以2級全站儀為主要導線技術研究實施設備，選取其中8個側位點進行數據的測量及收集，針對測量同一位置下的已知控制點位，選擇使用GPS-RTK測量技術，實現雙基準站法的高效應用。在大比例尺地形圖的測量環節中，可選擇使用流動站系統，測量數據中觀測時間少lmin，要對地位坐標進行測量穩定性分析，針對控制點位的測量標準，實現測量數據的有效記錄，記錄過程中次數應少于4次，并取平均值，以實現坐標控制點的合理應用。針對不同種地形圖測量方式，每種測量方式中的各個控制點的坐標如表2所示。

從上述統計對比分析表中數據可看出，由于測量過程中的平面精度需求相對較高，且精度的測量要符合一級導線的實施要求，因此在高程精度的水準測量要求中，要基于雙基準站的測量應用方法，以利于流程性的隨機變化為主，對RTK的檢測結果進行偶人性誤差分析，以有利于消除對基準站中自身誤差動態測量點的系統化影響，從而提升GPS RTK的動態測量點的精準性。雙基準站法的應用過程中，依據對流層中的延遲效應，可通過GPS-RTK技術的隨機變化性，大大提高GPS測量技術的應用精度。

4.2碎步點測量精度分析

在碎步點測量技術應用中，測量精度要求與城市空曠區域衛星高度相關，測量方法應依據建筑工程中構筑物的密集程度不同進行選擇，可分為全站儀和無支點測量。同時，測量技術基本需求條件下，按照碎步點的抽取方式和布點原則，需要對GPS-RTK中高程測量進行重點抽查，點位抽查數應設置為200，各區域的抽查統計數據如表3所示。

由表3可知，現場施工技術人員對于測量的信息反饋中，RTK技術對于城市的空曠區域中的地形圖測量能夠充分的發揮定位的優勢，而在建筑物碎密集但是無高大建筑物的區域對于接收機中中桿進行加高后，可以避免劣勢放大化，也可以發揮定位的優勢。

4.3地形圖測量質量的檢測與控制分析

在本次測繪測量的過程中，應充分的結合GPS-RTK測量技術，將測繪工作過程中的相關任務系統進行分析，可分為4個不同的任務小組，然后依據小組內的任務集合，在測量區域內進行平行關系的測量，并以測量相遇過程中的推進距離，一般設置為200m，考察和檢驗3種測量方法的效果。當地形圖中的地形、地貌重合度較大時，地物特征之間的點位誤差相對較大，地物點的誤差和高程中的誤差一般用以下公式（2）計算。

5提高GPS測量精確度的基本方法

首先，對于城市空曠區域，對在建的建筑工程進行大比例尺地形圖的測量過程中，對于能夠充分的滿足GPS接收機數據采集要求的相關區域，利用GPS技術進行快速的完成碎步測量控制作業;但是在建筑物相對密集的區域，或者樹林密集的區域，會導致GPS技術應用過程中的初始化速度大大降低，不僅會影響到采集到的圖根點無法實現野外作業，同時全站儀測量GPS不能夠作用于基本的測區范圍。其次，GPS測量技術在應用的過程中，針對圖根控制點的測量過程，應充分考慮GPS高程的測量技術控制質量，同時，由于外業測量技術實施的過程中，不同的觀測條件下碎步點的控制測量質量要求相對較低，因此在已知高程的校核過程中，應采取科學合理的處理方式，以滿足GPS測量技術對精確度的要求。再者，對于不同型號的GPS地形數據測量產品或者設備來說，GPS信號會受到一定程度的影響，因此在使用的過程中容易造成初始化，這樣會大大降低地形圖中數據測量的精度，同時也會降低整個地形圖測量過程中的生產效率。

6結語

綜上所述，GPS技術測量的過程中具有眾多優勢，是目前建筑工程大比例尺地形圖測量中應用最多的技術類型，同時由于GPS接收機智能化和數字化技術的實現，其觀測質量主要受到衛星空間分布與衛星信號質量的影響。隨著GPS、GIS和Rs等技術的開發與融合，GPS技術在建筑工程大比例尺地形圖測量中應用將更為寬廣。