GPS技術在土石方測量中的應用

姚萬余 遼寧省有色地質勘查總院有限責任公司（遼寧省有色地質局勘查總院）

1 手動測量技術的缺點

傳統的測量使用手動測量，其優點是簡單易行[1]。但是，由于測量工作量大，測量人員的體力活動高，測量時間長，并且對測量人員的素質和道德的依賴性相對較高，這可能是導致測量工作量低的原因。測量精度和數據不準確。具體來說，有以下幾個方面。

1.1 對測量任務的認識相對較弱

建設用地測量師對建筑工地的地質和地形知之甚少，對測量工作的重視程度不高，這使得測量工作通常是程序上和形式上的[2]。土地測量工作受到要求的限制。由于計劃的設計不合理，很容易發生土地測量過程中的混亂和無法順利進行實地測量工作等問題。

1.2 測量工作量大

大多數土地測量工作都是在施工現場完成的，并且隨著社會對建筑項目需求的增加，當前的工程用地面積也越來越大，而且通過手工測量可以到達的面積極為有限。由于實際工作可能需要在多個測量點進行多次測量，因此，測量工作量非常大，從而使測量人員可以測試其身體能力和耐心。

1.3 難以衡量

如果建筑工地的地形相對復雜且地質環境相對特殊，則測量過程可能會導致許多不確定因素[3]。這些因素的存在阻止了某些現有設備的工作，并且可能需要多個設備。計算和繪制一起使用的設備很困難。

1.4 測量精度低

影響手動測量精度的因素很多，可以分為客觀因素和主觀因素。

首先，由于可用于測量人工土地的設備和儀器很少，測量工具相對較寬，系統誤差較大，測量標準不統一，工作方向不明確。這些客觀因素會大大降低測量精度。

其次，由于缺乏測量專業知識，測量水平較低，并且在測量過程中通常僅以程序方式記錄相關數據，沒有充分考慮測量精度，缺乏責任感和其他原因，無法保證測量精度。

2 GPS技術概述

GPS也稱為全球定位系統（Global Positioning System GPS）[4]。是自1970年代以來在美國開發并于1994年完成的下一代衛星導航和定位系統。其具有在海上，陸地和空中的實時三維導航和定位功能。GPS測量技術可以快速，高效，準確地提供點，線，面及其他相關信息的精確三維坐標，并具有全天候，高精度，自動化，高效率等優良特性。在軍事和民用運輸（船舶，輪船，飛機，汽車等）中航行，大地測量，攝影測量，野外探索，土地使用調查，精確農業和日常生活（人們追蹤，休閑和娛樂）等領域。

2.1 GPS定位的原理

是在已知起始數據的情況下獲取快速移動衛星的瞬時位置[5]。衛星不斷發送其星歷參數和時間信息。接收到此信息后，用戶將使用空間和距離的相交方式來計算接收器的三維位置，三維方向，行進速度和時間信息。GPS定位至少需要4個衛星觀測值才能進行計算。假設可以測量特定衛星的坐標[xi，Yi，zi1和距被測點的距離Ri，以及被測點的坐標（x，Y，z）]。

RTK技術實時處理兩個測點載波相位觀測量的差分方法，這種載波相位差分方法大致分為兩類，通過基準站GPS來實時接受觀測數據并將觀測數據傳輸給GPS接收機。流動站通過快速求解來整理周模糊度，通過基準站GPS來實時接受觀測數據并將觀測數據傳輸給GPS接收機（如圖1所示為一臺流動站的基本作業流程。）

圖1 RTK1+1工作模式

3 GPS在巖土工程勘察中的應用

3.1 GPS測量的特點

（1）全天候運行。GPS觀測不受氣候條件的影響，可以連續進行而不會中斷[6]。

（2）無需在站點之間查看。GPS相對位置測量是通過幾個GPS接收器同時觀測天空衛星來執行的，因此可以獲得接收器之間的參考矢量。因此，無需進行點對點通信。

開幕式上為24個新設立國家森林公園、6個全國森林旅游示范市、28個全國森林旅游示范縣授牌。我省的諸城市被授予“全國森林旅游示范縣”。

（3）可以提供三維坐標。GPS可以同時準確地測量一個測量地點的三維坐標，而傳統的大地測量則使用不同的方法來測量平面和高程。

（4）觀察時間短。快速靜態相對位置測量。這是由于GPS技術的觀測站之間避免了通視，這在很大程度上降低了因外部因素的影響引發的技術影響，這也會直接性導致觀測成本的降低，也同樣提升了測繪效率。如果每個流動站與參考站之間的距離在15km以內，則流動站的觀察時間僅需要1min～2min。對于動態相對位置測量，流動站的觀察時間在開始時為1min～2min。然后可以隨時找到它，每個天文臺觀測僅需幾秒鐘。

（5）定位精度高。GPS這一技術在作業的過程當中可以避免受到距離、環境等其他因素的影響，這就意味著相較于常規的定位技術，GPS技術的測繪精確度要遠高于常規測繪的精確度。

應用實踐證明，GPS的相對定位精度可以在50km內達到10-6，從100km～500km達到10-7，在1000km上達到10-9。通過觀察可以解決300m～1500m的工程精度定位。1h平面位置誤差小于1mm。

（6）易于操作。GPS接收機的改進提高了GPS測量的自動化水平。在測量站，操作員只需安裝和開關儀器，即可測量儀器的高度并監控儀器的運行狀況。其他觀測任務，如衛星捕獲，跟蹤和觀測，均由儀器自動執行，大大減輕了測量人員的勞動強度。

3.2 GPS土方測量的應用

3.2.1 測量前準備工作

（1）制定測量方案，通過對施工現場的場地情況、測量面積、高差坐落等客觀條件的詳細勘察，以此來制定出詳細的測量方案。測量方案的內容主要包括：點位間的布置間距、方式等。

（3）建筑項目往往對于工期都有著十分嚴格的要求，所以工程測量一定要確保能夠在較短的時間內為后期規劃工作、場地布置工作等提供測量依據。所以在施工前期，施工管理人員一定要在施工計劃中明確具體的測量時間要求，方便施工單位制定詳細的測量計劃以及測量人員調動。

（4）明確測量費用，對于實地測量而言，由于地形條件、環境位置、深度需要等原因，其測量的費用是無法統一的。比如，對于地質條件復雜的場地來說其測量費用要遠遠高于地質較為平坦的場地。基于此原因，在進行實際測量工作之前，要通過施工現場的實際情況在測量前，以此來明確詳細的費用計算，避免在施工后期出現差錯。

（5）在實際工程施工開始前，要進行測量資料的收集、整理。首先，測量單位要對施工現場周邊的市政污水管網的布置、場地的水文條件等進行詳細把控，避免在實行測量方案時出現嚴重影響，更加方便于施工方案的制定，這對于有效提升施工效率、避免出現施工問題等起到十分積極的作用。

（6）在進行測量工作之前，首先要做的是檢查儀器設備能否穩定運行，要確保其在實際進行時可以穩定地接收信號。

3.2.2 測量進行中的工作

通過測量方案的制定，來進行實地測量工作，如果是因為外部條件的影響導致無法進行測量工作的，則需要施工單位在變換實際施工位置的工程中選擇增加點位，并對測量出的每個點位數值都詳細記錄下來，方便在收尾工作進行時，進行詳細的數據處理。

如果是儀表，則工程非常困難。利用傳統的測量方法，確保測量精度變得更加困難，并且測量任務變得非常困難。因此，在控制測量中，使用GPS來進行有線網絡測量和調整。使用GPS動態放樣可以節省時間和精力，并確保測量精度。GPS測量的應用為地形變化較大的項目的順利建設奠定了堅實的基礎。

綜上所述可以看出，GPS勘測在大規模巖土勘測中具有以下優勢。

（1）鋇可用于全天候咳嗽，因此無需查看所有其他好處。GPS測量非常適合在全國大范圍內受損嚴重且地形條件艱難的地區進行工程測量。

（2）高GPS測量精度大大提高了測量結果的質量。

（3）提高工作效率，減輕工作強度。GPS測量具有很高的自動化水平。

該工作過程由微電子技術，計算機技術，自動記錄，自動數據預處理和自動調整計算來控制。測量效率是傳統測量的三倍以上。GPS在全國各行各業中得到廣泛使用。

4 結束語

隨著人們對GPS的研究越來越深入，GPS技術將繼續發展和完善。對于土石方測量工作來說，這一十分系統化的測量過程能否順利完成，將對成本控制工作起到十分巨大的影響。所以要根據施工現場周邊的實際條件來制定全面化的方案制定。同時GPS接收設備會不斷更新。GPS（全球定位系統）的導航和定位精度越來越高，GPS測量技術變得越來越成熟和完善。其應用范圍將更加廣泛，并將對工程測量領域帶來重大變化。