摘 要：工程勘察領(lǐng)域，GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為常見(jiàn)方法。有鑒于此，通過(guò)分析GPS測(cè)量技術(shù)的原理與內(nèi)涵，探討了GPS技術(shù)在工程勘察中的意義，深入研究了GPS技術(shù)的運(yùn)用，也提出了相應(yīng)的保障措施。通過(guò)研究GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，提高勘察效率、測(cè)量精度及拓寬勘察范圍，促進(jìn)工程勘察行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工程勘察；GPS測(cè)量；技術(shù)控制文章編號(hào)：2095-4085（2024）09-0140-03

1 GPS測(cè)量技術(shù)原理與內(nèi)涵分析

1.1 GPS組成

全球定位系統(tǒng)（GPS）由三部分組成，包括空間段、控制段和用戶(hù)段。

空間段是由衛(wèi)星和相關(guān)設(shè)備組成，衛(wèi)星以不同的軌道圍繞地球運(yùn)行，提供定位信號(hào)；控制段主要為地面控制站，用于監(jiān)控和管理衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)，確保其正常工作；用戶(hù)段則是指GPS接收機(jī)，接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)并解算處理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。

1.2 GPS工作原理

GPS系統(tǒng)通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)確定接收機(jī)位置，依賴(lài)三角定位原理。當(dāng)接收機(jī)接收到至少四顆衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，通過(guò)計(jì)算信號(hào)傳播時(shí)間差及衛(wèi)星位置信息，準(zhǔn)確計(jì)算出接收機(jī)三維坐標(biāo)。

每顆衛(wèi)星都會(huì)周期性地向地球發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，接收機(jī)在接收到這些信號(hào)后，測(cè)量信號(hào)從衛(wèi)星到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間差。由于光速是已知的，計(jì)算信號(hào)傳播時(shí)間差，得到衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離；通過(guò)同時(shí)接收多顆衛(wèi)星信號(hào)，使用三角定位原理，確定接收機(jī)在地球上的位置。此外，計(jì)算接收機(jī)位置時(shí)，還需要考慮衛(wèi)星本身位置信息。GPS系統(tǒng)通過(guò)地面控制站精確監(jiān)控衛(wèi)星，將實(shí)時(shí)軌道參數(shù)傳輸給用戶(hù)段設(shè)備。

1.3 GPS測(cè)量技術(shù)詳解

1.3.1 衛(wèi)星定位

衛(wèi)星定位是GPS測(cè)量技術(shù)中最重要的環(huán)節(jié)，涉及接收機(jī)與衛(wèi)星之間的信號(hào)傳輸，及對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行解碼處理。通過(guò)精確測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間、確定衛(wèi)星位置，實(shí)現(xiàn)高精度的定位［1］。

1.3.2 信號(hào)傳輸

GPS系統(tǒng)信號(hào)傳輸采用無(wú)線(xiàn)電波，信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)受到大氣層、地形和建筑物等因素影響，導(dǎo)致信號(hào)衰減或多徑效應(yīng)。為了提高測(cè)量精度，采取合適的天線(xiàn)設(shè)計(jì)或信號(hào)處理方法。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

GPS測(cè)量技術(shù)需要處理和分析接收到的數(shù)據(jù)，包括精確計(jì)算信號(hào)傳輸時(shí)間、校正誤差及數(shù)據(jù)濾波等。通過(guò)開(kāi)展有效數(shù)據(jù)處理方法，提高定位的精準(zhǔn)性，充分滿(mǎn)足工程勘察的質(zhì)量要求。

2 工程勘察中GPS測(cè)量技術(shù)運(yùn)用的意義

2.1 提高勘察效率

傳統(tǒng)工程勘察中，人員需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并處理和分析數(shù)據(jù)。這種方法存在一定局限性，效率較低。隨著GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展，能夠借助其快速、準(zhǔn)確地獲取地理信息數(shù)據(jù)，提高工程勘察效率。

傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需要人員手動(dòng)操作，可能需要多次測(cè)量求取平均值。利用GPS設(shè)備測(cè)量，通過(guò)全球定位系統(tǒng)獲取所需數(shù)據(jù)。只需將GPS設(shè)備放置在目標(biāo)位置上，即可獲得該位置精確坐標(biāo)，這種方式極大地節(jié)省了時(shí)間；由于GPS設(shè)備具有較高精度，測(cè)量時(shí)能夠提供更加精確結(jié)果。借助GPS設(shè)備，可以方便測(cè)量工作［2］。只需將GPS設(shè)備打開(kāi)并放置在目標(biāo)位置，即可開(kāi)始測(cè)量。

2.2 提高測(cè)量精度

GPS測(cè)量技術(shù)具有較強(qiáng)抗干擾能力，傳統(tǒng)測(cè)量方法受到地形、天氣等因素影響，例如山脈、建筑物或大雨等都可能導(dǎo)致信號(hào)被阻，影響測(cè)量結(jié)果。GPS接收器通過(guò)接收多顆衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)冗余觀測(cè)，使用差分糾正技術(shù)消除這些干擾因素。

GPS測(cè)量技術(shù)還具有較高的時(shí)間分辨率。GPS接收器可以接收到衛(wèi)星發(fā)射的精確時(shí)間信號(hào)，并利用該信息來(lái)計(jì)算出信號(hào)傳播的時(shí)間。通過(guò)將不同衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間同步，并結(jié)合地球自轉(zhuǎn)速度等因素，更加準(zhǔn)確地確定接收器所在位置。這種高時(shí)間分辨率使得GPS測(cè)量技術(shù)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下也能夠提供精確的定位結(jié)果。

2.3 拓寬勘察范圍

傳統(tǒng)的工程勘察方法受制于設(shè)備和人力資源限制，無(wú)法涵蓋大范圍的勘察任務(wù)。然而，使用GPS測(cè)量技術(shù)可以克服這些限制，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、連續(xù)性的數(shù)據(jù)采集，從而不再受時(shí)間和空間的約束。為工程勘察人員提供了更為便捷和高效的手段來(lái)獲取地理信息，為工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供更全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

通過(guò)對(duì)GPS測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，生成詳細(xì)的地形圖、高程圖等輔助工具，從而幫助工程規(guī)劃全面了解目標(biāo)區(qū)域的地貌特征。這些信息有助于制定合理的工程方案、優(yōu)化設(shè)計(jì)布局［3］。

3 工程勘察中GPS測(cè)量技術(shù)運(yùn)用研究

3.1 地形測(cè)量與制圖

3.1.1 高程測(cè)量

通過(guò)使用GPS接收器，獲取具有高度信息的位置坐標(biāo)。傳統(tǒng)高程測(cè)量方法需要使用水準(zhǔn)儀等設(shè)備，進(jìn)行復(fù)雜操作和計(jì)算。借助GPS技術(shù)，高程測(cè)量變得更加簡(jiǎn)單。GPS接收器通過(guò)接收來(lái)自衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算出接收器與衛(wèi)星之間距離。同時(shí)觀測(cè)多顆衛(wèi)星并進(jìn)行差分校正，獲得更準(zhǔn)確的高程數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用來(lái)生成數(shù)字高程模型（DEM），順利完成等高線(xiàn)制圖、洪水模擬等。

3.1.2 坐標(biāo)測(cè)量

GPS可地理坐標(biāo)信息獲取，經(jīng)緯度是一種常見(jiàn)位置坐標(biāo)方式，用于GIS和地圖制作。通過(guò)使用GPS接收器，準(zhǔn)確地測(cè)量出一個(gè)點(diǎn)經(jīng)緯度［4］。

使用GPS坐標(biāo)測(cè)量有很多優(yōu)勢(shì)，可以在任何天氣條件下進(jìn)行，無(wú)需受到光線(xiàn)、雨雪等因素影響。GPS提供了高精度的位置信息，能夠滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求?；谶@些坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以繪制地圖、導(dǎo)航系統(tǒng)及資源管理等。

3.1.3 地貌分析

利用GPS技術(shù)獲取位置數(shù)據(jù)用來(lái)進(jìn)行地貌分析，揭示不同區(qū)域的地形特征。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)和分析大量位置數(shù)據(jù)，識(shí)別出山脈、河流、湖泊等自然地貌要素，研究它們之間的空間關(guān)系。GPS還可以用于監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造活動(dòng)及海岸線(xiàn)變化等現(xiàn)象，為地理學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 建筑物監(jiān)測(cè)

3.2.1 建筑物變形監(jiān)測(cè)

建筑物變形監(jiān)測(cè)是確保其結(jié)構(gòu)安全性的主要任務(wù)，傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)方法需要耗費(fèi)大量人力，不能實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)。借助GPS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高精度與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物變形。

在建筑物上安裝GPS接收器，通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)來(lái)獲取位置信息。通過(guò)不斷記錄并比對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，計(jì)算出建筑物在水平和垂直方向上的位移量及變形情況?；谶@些數(shù)據(jù)，可以判斷建筑物是否存在異常變形，及時(shí)采取措施。利用多個(gè)GPS接收器布置成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)建筑群的變形監(jiān)測(cè)。通過(guò)集成和分析多個(gè)接收器的數(shù)據(jù)，得到更全面、準(zhǔn)確的變形信息，進(jìn)一步提高變形監(jiān)測(cè)的精度。

3.2.2 橋梁結(jié)構(gòu)分析

交通基礎(chǔ)設(shè)施中橋梁是重要的一部分，結(jié)構(gòu)安全與否關(guān)系到出行安全。借助GPS技術(shù)，可以精細(xì)化分析和評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)。橋梁上安裝GPS接收器，將其與其他傳感器聯(lián)合使用。通過(guò)實(shí)時(shí)記錄并比對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)，獲取橋梁在不同荷載情況下的位移、撓度、應(yīng)力等參數(shù)。判斷橋梁是否存在結(jié)構(gòu)缺陷，及時(shí)采取修復(fù)措施。

此外，借助GPS技術(shù)還可以研究橋梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在橋梁上布置多個(gè)GPS接收器，利用高精度定位能力，可以監(jiān)測(cè)車(chē)輛行駛過(guò)程中橋梁產(chǎn)生的振動(dòng)。有助于掌握橋梁動(dòng)力特性、評(píng)估抗震性能及指導(dǎo)設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

3.2.3 隧道施工監(jiān)控

隧道施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工程活動(dòng)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道結(jié)構(gòu)以確保施工安全，隧道施工監(jiān)控中GPS技術(shù)發(fā)揮著重要作用。

通過(guò)在隧道內(nèi)外部署多個(gè)GPS接收器，獲取隧道地表和內(nèi)部巖體的變形信息，這些變形數(shù)據(jù)判斷隧道是否存在膨脹、沉降、位移等問(wèn)題，及時(shí)采取處理措施。此外，借助GPS技術(shù)還可以監(jiān)測(cè)隧道開(kāi)挖過(guò)程巖層穩(wěn)定性。通過(guò)布置多個(gè)GPS接收器并記錄位置數(shù)據(jù)，分析開(kāi)挖過(guò)程中巖體的位移變化情況，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖層崩塌，采取相應(yīng)的安全預(yù)防措施。

3.3 工程測(cè)量與定位導(dǎo)航

3.3.1 施工標(biāo)志布設(shè)

施工標(biāo)志布設(shè)是在建筑、道路或其他工程項(xiàng)目中常見(jiàn)的一項(xiàng)任務(wù)，涉及確定和放置臨時(shí)標(biāo)志，提供必要的信息給施工人員、駕駛員和行人，使用GPS技術(shù)有效地輔助施工標(biāo)志布設(shè)。

通過(guò)GPS實(shí)時(shí)獲取準(zhǔn)確位置信息，將其與設(shè)計(jì)圖紙對(duì)比，確定最佳的施工標(biāo)志位置。有助于確保標(biāo)志的準(zhǔn)確性，提高安全性并降低錯(cuò)誤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，GPS還可以用于監(jiān)控施工標(biāo)志的狀態(tài)。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)管人員實(shí)時(shí)查看每個(gè)標(biāo)志的位置，及時(shí)采取修復(fù)措施。大大提高了管理效率，并減少了對(duì)人力資源的需求。

3.3.2 路線(xiàn)規(guī)劃與導(dǎo)航

GPS系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確的位置信息和實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)，可以幫助司機(jī)選擇最佳的行駛路線(xiàn)，并避開(kāi)擁堵或其他不可預(yù)見(jiàn)的情況。使用GPS進(jìn)行路線(xiàn)規(guī)劃時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目的地和當(dāng)前位置計(jì)算出最短、最快或最經(jīng)濟(jì)的路線(xiàn)。考慮實(shí)時(shí)交通狀況，系統(tǒng)還能夠及時(shí)調(diào)整路線(xiàn)。這種智能化的導(dǎo)航功能大大提高了駕駛效率，并減少了行程時(shí)間。

此外，GPS還可以提供其他有用的信息，如附近加油站、餐廳或旅游景點(diǎn)等。這些信息對(duì)于長(zhǎng)途駕駛者來(lái)說(shuō)尤為重要，幫助他們更好地安排行程。

4 工程勘察中GPS測(cè)量技術(shù)運(yùn)用的保障措施

隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，勘察工程中廣泛應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)。然而，也面臨著一些問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題，可以采取以下措施：

4.1 提高測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量

保證勘察工程準(zhǔn)確性的關(guān)鍵就是提高測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)校正算法、校準(zhǔn)傳感器和數(shù)據(jù)處理等提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，可以消除誤差，從而得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)目前校正算法存在一些不足之處：傳統(tǒng)校正方法只考慮修正線(xiàn)性誤差，忽視了非線(xiàn)性誤差對(duì)結(jié)果影響。導(dǎo)致實(shí)際中復(fù)雜地形或大范圍測(cè)量中，校正后的數(shù)據(jù)仍存在較大誤差。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題采用非線(xiàn)性校正方法，可以更好地處理復(fù)雜地形或大范圍測(cè)量的非線(xiàn)性誤差。如，使用多項(xiàng)式擬合或樣條插值方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線(xiàn)擬合與平滑處理，更準(zhǔn)確地消除非線(xiàn)性誤差。

勘察工程中也會(huì)遇到數(shù)據(jù)缺失情況，傳統(tǒng)校正算法難以有效處理這些情況，導(dǎo)致無(wú)法得到可靠的結(jié)果?？梢砸霐?shù)據(jù)插值或外推方法，如，填補(bǔ)數(shù)據(jù)缺失部分使用克里金插值或最鄰近插值等方法，得到更完整的數(shù)據(jù)。同時(shí)，還可以結(jié)合異常值檢測(cè)算法來(lái)排除異常數(shù)據(jù)的干擾［5］。

4.2 重視新技術(shù)的培訓(xùn)

隨著社會(huì)中不斷涌現(xiàn)GPS測(cè)量技術(shù)，需要加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的培訓(xùn)，以確保測(cè)繪人員能夠正確地應(yīng)用新技術(shù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采取以下措施：通過(guò)編寫(xiě)清晰明了、易于理解的操作手冊(cè)，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行指導(dǎo)，可以幫助測(cè)繪人員更好地掌握新技術(shù)的使用方法；專(zhuān)業(yè)人士具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中可以給予測(cè)繪人員寶貴的指導(dǎo)。

同時(shí)，利用遙感技術(shù)和三維建模技術(shù)，可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位、多角度地監(jiān)視和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施加以解決。建立信息化管理平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全程監(jiān)控的重要手段之一。通過(guò)信息化管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、共享與交流。各個(gè)參與方可以通過(guò)該平臺(tái)隨時(shí)獲取到最新的項(xiàng)目進(jìn)展情況，并進(jìn)行實(shí)時(shí)交流與協(xié)作。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化和智能分析技術(shù)，可以快速準(zhǔn)確地獲取項(xiàng)目的關(guān)鍵指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息。

4.3 有效控制技術(shù)成本

為了解決成本問(wèn)題，可以采取以下措施：在項(xiàng)目啟動(dòng)前，需要對(duì)項(xiàng)目需求和可用資源進(jìn)行充分評(píng)估，并制定合理的預(yù)算計(jì)劃。通過(guò)科學(xué)合理地規(guī)劃項(xiàng)目預(yù)算，避免出現(xiàn)浪費(fèi)現(xiàn)象。在選擇技術(shù)方案時(shí)，需要綜合考慮項(xiàng)目需求、技術(shù)性能、價(jià)格等因素，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡和選擇。避免盲目追求高端技術(shù)或過(guò)度投入，可以有效降低技術(shù)成本。還可以通過(guò)與供應(yīng)商進(jìn)行談判和洽談等方式爭(zhēng)取更優(yōu)惠的價(jià)格和條件，進(jìn)一步降低技術(shù)成本。

如，測(cè)繪技術(shù)能夠通過(guò)精確的測(cè)量和模擬分析，提供詳細(xì)的土地信息。通過(guò)對(duì)土地進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和模擬分析，可以確定最佳復(fù)墾方案。在實(shí)施復(fù)墾工程時(shí)就能夠最大限度地減少工程量和費(fèi)用。例如，在確定填方與挖方平衡時(shí)，通過(guò)利用測(cè)繪技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)，可以更加精確地計(jì)算出需要移動(dòng)或清理的土方量，從而避免了不必要的資源浪費(fèi)。測(cè)繪技術(shù)可以幫助確定土地利用結(jié)構(gòu)，并為決策者提供關(guān)鍵信息以支持資源配置決策。通過(guò)對(duì)不同區(qū)域、不同類(lèi)型土地進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量和分析，了解每塊土地的特點(diǎn)、潛力和限制條件，并根據(jù)這些信息進(jìn)行合理規(guī)劃和配置。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，文中通過(guò)闡述工程勘察中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，提出了相應(yīng)的保障措施。通過(guò)合理運(yùn)用GPS技術(shù)，可以提高勘察效率、測(cè)量精度和拓寬勘察范圍，提高工程勘察的質(zhì)量。然而，實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍需進(jìn)一步研究，以不斷完善工程勘察中GPS技術(shù)的應(yīng)用。

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