潘池

[摘要]隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的不斷進步，越來越多的先進技術(shù)應(yīng)用在工程測繪中，GPS技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，發(fā)展起來的一種先進的衛(wèi)星系統(tǒng)定位技術(shù)，和傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比較，GPS技術(shù)在工程測繪中有很大的優(yōu)勢，能極大的提高工程測繪的準確性。本文針對GPS技術(shù)在工程控制測量的應(yīng)用及測量精度進行詳細探究。

[關(guān)鍵詞]GPS技術(shù) 工程控制 測量 精度

[中圖分類號]P258 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-152-1

0引言

GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用，是對傳統(tǒng)工程測量帶來了徹底性的革命，并且其具有不受天氣和通視條件影響、定位精度高、操作方便、自動化程度高、成本低等眾多方面的優(yōu)點，致使其被廣泛的推廣和應(yīng)用在現(xiàn)代工程控制測量中。隨著GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用，人們對工程測量精度提出了更高的要求。

1 GPS測量技術(shù)的概述

1.1 GPS系統(tǒng)的組成

GPS系統(tǒng)主要由GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS信號接收機等三大部分組成，其中GPS衛(wèi)星星座是由3顆軌備衛(wèi)星、21顆工作衛(wèi)星共同組成的，這24顆衛(wèi)星按照每組4顆衛(wèi)星平均分配在6條相互成60°的軌道平面上運行，其運行周期為24h，因此無論在地球那個方位，都能在任何時間觀測到最少有4顆屬于GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星，GPS空間星座的主要作用是觀測目標，并將觀測信息轉(zhuǎn)換成載波信號，傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)目標定位。地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由主控制站、監(jiān)測站、地面天線幾部分組成，主要負責(zé)收集空間衛(wèi)星傳輸回來的信息，然后利用這些數(shù)據(jù)計算出衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)。GPS信號接收機也就是用戶端，它能搜索、捕捉衛(wèi)星，然后衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理，計算出GPS信號接收機所在位置的經(jīng)緯度及高度。

1.2 GPS工程測量原理

在工程中，GPS測繪技術(shù)有兩種方法測量出被測對象的信息，一種是測量偽距離，另一種利用載波相位進行測量。測量偽距離是根據(jù)接收機接收到的GPS衛(wèi)星發(fā)出的測距碼及電文內(nèi)容，根據(jù)信號發(fā)射到用戶接收信息的時間，計算出衛(wèi)星與接收機天線之間的距離，由于用戶接收機的時鐘難以與GPS衛(wèi)星時鐘保持同步，計算出來的數(shù)據(jù)有一定的誤差，因此，稱為偽距離。用載波相位進行測量是測定GPS衛(wèi)星載波信號在傳播路徑上的相位變化，從而計算出信號傳播距離[1]。

2 GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1自動化程度高

工程控制測量中的GPS技術(shù)，采用GPS接收機進行各種測量時，只需要將天線準確的安裝在檢測站上，并接通電源與啟動接收單元，此時儀器就能夠自動開始工作，當(dāng)測量工作結(jié)束之后，只需要將電源關(guān)閉，接收機就能夠自動的完成數(shù)據(jù)的采集，并采集的定位數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，進而實現(xiàn)GPS自動化的測量以及計算。

2.2適用范圍廣

GPS技術(shù)在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中都具有非常廣泛的應(yīng)用，對于從事測繪工作的工程施工人員來說，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，其中涉及到地殼板塊運動的檢測、大地測量以及各種工程測量，尤其是在工程控制測量中具有非常廣泛的應(yīng)用前景，尤其是GPS技術(shù)的自動化檢測，對于工程的自動控制系統(tǒng)的研究是GPS技術(shù)在未來應(yīng)用的一個重要發(fā)展方向。

2.3測量精度高

GPS技術(shù)的短距離的測量精度達到毫米級別，差分導(dǎo)航精度達到厘米級別，對于大型的工程建筑以及構(gòu)造物的變形監(jiān)測具有精密的定位測量，在進行合適數(shù)據(jù)處理的模型和軟件之后，其在高程和平面精度都能夠達到毫米級別。

3 GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用流程

3.1定位測量點

選擇測量點時必須遵循便捷、安全的原則，便于布設(shè)GPS設(shè)備，盡量定位在視野開闊的作業(yè)環(huán)境內(nèi)，避免影響GPS設(shè)備信號的傳輸與接收，排除外界電磁的影響，確定GPS的測量點后，需要記錄到測繪圖紙內(nèi)，為后期測繪提供圖紙依據(jù)。

3.2構(gòu)建測量標志

GPS技術(shù)中的測量標志，主要是起到指示、提示的作用，待測量點定位完成后，需要安置測量標志，用于指導(dǎo)GPS測量的整個過程。由于工程測繪環(huán)境的影響，測量標志的構(gòu)建并沒有統(tǒng)一的方法，基本按照測量人員的經(jīng)驗設(shè)置，比較常見的方法時埋入標石，既可以發(fā)揮標識作用，又可以穩(wěn)定標志。

3.3測量觀測

測量觀測是GPS技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，GPS測量屬于室外作業(yè)，促使GPS需要嚴格遵循室外觀測的要求。例如：某地籍項目測繪中，在GPS室外觀測中增加衛(wèi)星導(dǎo)航，兩者需在協(xié)調(diào)狀態(tài)下才能實現(xiàn)高質(zhì)量的測繪服務(wù)，該項目人員設(shè)置到GPS技術(shù)后，利用衛(wèi)星收集測量信息，通過導(dǎo)航系統(tǒng)觀測GPS接收的衛(wèi)星信號，充分利用開機觀測的方法，保障測量觀測的技術(shù)性[2]。

3.4數(shù)據(jù)分析

GPS測量數(shù)據(jù)的分析，基本是由計算機完成，利用計算機中的外業(yè)檢測，確保數(shù)據(jù)分析的準確度，確保數(shù)據(jù)結(jié)果貼近工程實際，完善GPS測量中的數(shù)據(jù)庫。

4工程測繪中的GPS測量技術(shù)分析

4.1水下測繪

水下測繪一直是我國工程測繪中的難點，因為水下的情況復(fù)雜，而且受到水位影響，所以水下測繪的難度系數(shù)比較高，如果在水下工程中采用人工測繪，必須要排除流速、壓強等因素的干擾，無法保障測繪結(jié)果的準確度。我國水下工程的發(fā)展速度越來越快，對水下測繪的依賴性也逐漸提高，促使水下測繪成為水下工程的重要部分。GPS測量技術(shù)具有顯著的優(yōu)點，可以在橫、縱兩個方向，實現(xiàn)精準測繪，GPS測量設(shè)備的體積非常小，不會對水下測繪區(qū)域產(chǎn)生影響，其在測量過程中，將收集到的水下資料迅速傳遞到地面的計算機系統(tǒng)內(nèi)，通過軟件分析得出最終的數(shù)據(jù)結(jié)果，排除水下環(huán)境的干擾，降低水下測繪的難度。水下測繪在GPS測量技術(shù)的推動下，取得良好的測量結(jié)果，如超生測量等，優(yōu)化水下測繪的環(huán)境[2]。

4.2形變測量

形變是工程測繪中的主體項目，大部分工程內(nèi)都存有形變影響，尤其是受到地質(zhì)、人為等因素的影響，更是增加形變控制的難度。針對形變控制，需通過GPS提供測量信息，便于提出科學(xué)的控制途徑。例如：某礦業(yè)現(xiàn)場的地基出現(xiàn)形變，表現(xiàn)出嚴重的沉降危害，該礦業(yè)人員通過GPS測量技術(shù)，及時分析引發(fā)地基變形的原因，同時測量地基沉降的基礎(chǔ)參數(shù)，有效控制形變發(fā)生，降低地基形變對整個礦業(yè)現(xiàn)場的危害，GPS測量技術(shù)在該礦業(yè)中發(fā)揮定位與監(jiān)測的作用，利用三維定位的方式，監(jiān)測地基形變中的細微變化，控制在安全范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)大規(guī)模的形變或沉降，保障該礦業(yè)現(xiàn)場的安全運營，而且提高了礦業(yè)現(xiàn)場抵御變形風(fēng)險的能力。

4.3城市測繪

城市建設(shè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的重點項目，多樣化的城市建筑投入施工，由此必須保障測繪達到規(guī)范的標準。GPS測量技術(shù)在城市測繪中的使用頻率最高，其與GIS、RS組合，高效完成城市測繪的定位、遙感等，提高城市測繪數(shù)據(jù)的準確度。例如：某城市測繪時，涉及到大面積的控制網(wǎng)，總共包括三級導(dǎo)線測繪，需要GPS的準確測繪，該城市測繪過程中，受到基礎(chǔ)建筑的影響，導(dǎo)致不同層次的導(dǎo)線測繪均遭受不同程度的破壞，增加GPS測量技術(shù)的壓力，此時該城市選擇GPS靜態(tài)測繪，同時利用GPS中的RTK技術(shù)，排除城市兩個測繪基點的通視，完成直接性的測量連接，不會破壞該城市原本設(shè)定好的測繪基點，還可以高效率的完成城市測繪，方便建筑施工和城市規(guī)劃[3]。

4.4網(wǎng)點控制

網(wǎng)點控制主要體現(xiàn)在大地測量中，傳統(tǒng)的測量技術(shù)耗時、耗力，影響網(wǎng)點的控制。我國在工程建設(shè)中，重新規(guī)劃了控制網(wǎng)點，為保障網(wǎng)點控制的精準度，需要利用GPS測量技術(shù)，完成長距離的準確測繪。GPS測量技術(shù)在網(wǎng)點控制中，能夠適應(yīng)大規(guī)模的大地測量，在保障效率的基礎(chǔ)上，快速完成網(wǎng)點測繪。GPS測量技術(shù)在網(wǎng)點控制中的應(yīng)用，還要避免對城市控制產(chǎn)生影響，以免干擾整體測繪的精度，造成數(shù)據(jù)誤差。

5 GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用

文章以工程為例，該工程采用了6臺Ashtech型靜態(tài)單頻GPS接收機（測量精度為5mm±1ppm）采集野外信息，作業(yè)基本要求包括：數(shù)據(jù)采樣率（S）不超過30s；時段長度不小于60min；同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)量不小于4；平均重復(fù)設(shè)站數(shù)不小于1.6；同時觀測有效衛(wèi)星書不小于4；衛(wèi)星截止高度不小于15°。每時段觀測都采用測量天線高兩次的方式，相差小于3mm，天線高為測量的平均值。GPS觀測數(shù)據(jù)采用Ashtechsolutoons2.5進行基線解算，以此保證每一個基線都能求出整周模糊度。GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

5.1靜態(tài)定位

靜態(tài)定位需要在每個流動站內(nèi)設(shè)置GPS接收機，一邊靜止觀測，另一邊接收太空衛(wèi)星以及基準站的同步觀測信息，并對測站一周的未知數(shù)以及三維坐標進行解算，當(dāng)測量的精度滿足相關(guān)的要求之后，才能停止測量工作。由于影響測量精度的因素相對較多，該種測量方式主要采用加密控制，這樣即使在一些惡略的環(huán)境和地形中，同樣能夠保證測量的精度。

5.2動態(tài)定位

在進行動態(tài)定位測量之前，必須做好前期準備工作，即先在控制點觀察一段時間，然后采用提前設(shè)定好的流動站進行實地自動測量，然后結(jié)合基準站的同步觀測數(shù)據(jù)，最終確定測量點的位置坐標。當(dāng)前工程測量對于精度的要求相對較高，通常要求測量精度達到厘米級別，動態(tài)定位能夠獨立完成樁測量、地形圖測繪、縱橫斷面測量等，并且具有非常高的測量精度，致使動態(tài)定位技術(shù)在工程測量中具有非常好的應(yīng)用前景。

5.3測繪大比例尺地形圖

傳統(tǒng)的測法測站與碎部點之間必須通視，不僅拼圖環(huán)節(jié)的精度不能保證，并且還需要至少兩人進行工作，花費較長的時間。采用GPS技術(shù)，僅僅需要一臺機器和一個人，并且花費幾秒鐘的時間，就能夠完成碎部點高程以及坐標的測繪工作，然后輸入特征編碼，能夠迅速成圖，顯著的降低了繪圖難度，提高測繪速度。

5.4選線以及放樣

將GPS的接收機作為流動站，在一定的距離接收測量數(shù)據(jù)，對重要的物質(zhì)進行定位，然后將獲得的信息輸入接收機，并利用CAD繪圖軟件進行選線。采用GPS技術(shù)進行放樣測量，僅需輸入點位坐標，接收機能夠?qū)⑻嵝研畔蚀_的傳輸至任何放樣點，這樣不僅能夠提高放樣精度，還能夠降低勞動量，加快放樣速度[3]。

6提高GPS技術(shù)在工程控制測量精度的措施

6.1創(chuàng)建工程控制測量網(wǎng)絡(luò)

工程控制測量網(wǎng)絡(luò)是工程管理、維護工作開展的基礎(chǔ)，同時也是提高工程測量精度的重要措施。通常狀況下，工程控制測量網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積相對較小，占位密度相對較大，對測量的精度要求相對較高，采用邊角網(wǎng)的方式，創(chuàng)建工程控制網(wǎng)絡(luò)，在采用GPS定位技術(shù)時，能夠充分的體現(xiàn)GPS技術(shù)精度高、作業(yè)時間短、工程耗費低等優(yōu)勢。

6.2 PTK碎部測暈以及放樣

PTK技術(shù)，即載波相位差分技術(shù)，采用PTK技術(shù)對相位的測量進行處理，能夠?qū)⒒鶞收臼占妮d波相位信息傳輸給用戶，用戶通過對基準站差分信息進行求差解算，能夠準確的找到用戶的位置坐標，并將定界標點標出，采用PTK碎部測暈和放樣，能夠提高測量精度和標定的準確性。

6.3區(qū)域差分網(wǎng)絡(luò)的碎部測量以及放樣

當(dāng)碎部測量出現(xiàn)在區(qū)域性的GPS的差分系統(tǒng)中時，基準網(wǎng)和放樣會對所有基準站提供差分信息的權(quán)，并實現(xiàn)差分的定位，提高PTK接收機標稱精度，能夠提高PTK測量點的精度，進而提高測量精度。

6.4測量精度評定

采用平面平差基線相對精度統(tǒng)計、基線殘差統(tǒng)計、環(huán)閉合差統(tǒng)計進行GPS定位中誤差統(tǒng)計，100%的點位精度控制在1cm以內(nèi)，甚至控制在0.5cm以內(nèi)，如果測量數(shù)據(jù)合格，則表明基線解算質(zhì)量良好，GPS技術(shù)的測量精度能夠滿足工程測量的實際要求。

7結(jié)束語

總而言之，GPS技術(shù)在工程控制測量中具有測量精度高、自動化程度高、適用范圍廣、費用低等眾多優(yōu)點，致使其被廣泛的推廣和應(yīng)用在工程控制測量中。但是，GPS技術(shù)在工程控制測量的實踐應(yīng)用中，對操作要求相對較高，并且隨著現(xiàn)代工程測量對精度要求的不斷提高，工程控制測量人員應(yīng)該熟練的掌握GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用流程，并采取有效的措施提高測量精度，進而為工程的控制測量提供更好的服務(wù)。