浅谈GPS测绘技术在建筑土木工程中的应用

2016-08-11岐委东

大科技 2016年5期

关键词：边长基线测点

岐委东

（山西天昇测绘工程有限公司山西太原 030001）

浅谈GPS测绘技术在建筑土木工程中的应用

岐委东

（山西天昇测绘工程有限公司山西太原 030001）

在科学技术不断进步的过程中，现代化的测绘技术逐渐完善，在工程领域中获得了广泛的应用。GPS测绘技术凭借着高标准和高精度的测量优势，在建筑土木工程中不断推广，为工程施工质量的控制提供了依据。本文结合GPS测绘技术的介绍，分析了其在建筑土木工程中的应用。

GPS；建筑土木工程；应用探析

每项工程都必须与社会的经济效益相挂钩，测量是工程项目中最基本的工作，在设计和施工中发挥着重要的作用，只有通过精确的工程测量，才能完成实际工程项目的设计和施工规划，为工作布置提供合理的依据。比如为取得一条最经济最合理的路线，必须先进行路线勘测，绘出路线图。工程测量在设计和施工过程中占据着重要位置，在日常生活中常用测距、测角和测水准等方式进行常规测试，随着时代的发展和科技的进步，GPS技术逐渐取代了传统的常规测量技术，并以全新的面貌迎接新的挑战。

1 GPS测绘技术介绍

GPS即全球定位系统，以高速运行的卫星作为重要的工具找出物体的瞬间位置，将其作为已知数据，在空间中应用后交汇的方法对待测点的位置进行确定。在GPS测绘技术应用过程中，常采用两种坐标系统，即空间固定的坐标系统和大地对应的地固坐标系统。对地固坐标系统而言，为了求出使用使用坐标系统的坐标，在工程测量的过程中必须进行坐标转换。GPS测量系统主要包括控制部分和用户部分[1]。

1.1 控制部分

控制部分主要包括地面上的跟踪站，从结构上讲，跟踪站又可以分为主控站、监控站和注入站。其中主控站负责接收监控站获得的数据，对数据进行处理后加工成导航电文传输到注入站中。注入站将数据信息传输到卫星的存储部分，进行数据信息的动态监测。

1.2 用户部分

用户部分主要包括微处理器、接收机和终端设备，用户部分接受卫星发出的信号，将信号整理后实现定位导航，在GPS应用的过程中，只有在用户的帮助下才能发挥出测量作用。

2 GPS测绘技术在建筑土木工程中的应用

2.1 静态相对定位的应用

针对静态GPS测量技术而言，现代测绘作业中主要应用于勘测控制网的布设中，具有较高的经济效益，并且测量精度高，操作较为简便。应用静态GPS测量技术建立勘测控制网，成本仅为常规勘测的25%，以下介绍静态GPS测量中控制网的建立方法：

2.1.1 初步勘察

结合实际土木工程的测绘工作，及时获得项目资料，对现场的水文地质状况进行详细的勘察，先组织测量人员初步勘察，为后期GPS测量点的选择提供依据，对不同测量点之间的联测工作进行初步构思。

2.1.2 控制网设计

GPS控制网设计过程中需要考虑较多的因素，必须在应用中结合工程实际，利用接收机同步观测不同的边和点，构成完整的测量网，构建出异步环、同步环和复测基线的点位，提高控制网的集合度。

2.1.3 选点

选点过程中严格遵循设计图纸的规定，以严格的间距要求控制所选点之间的间距，为后期接收设备的安装做好准备，保证测量工作的顺利进行[2]。

2.1.4 架设GPS观测仪

GPS观测仪架设过程中需要严格按照选点规则，先安装好接收天线，再安装接收机设备，便于正确处理观测信息。

2.1.5 观测数据的处理

GPS在土木工程中的应用，需要对测量基线进行求解，并作出平差计算，在专业的计算机软件中导入GPS的原始测量数据，解算出基线结果，并对结果进行检验，最后对GPS网进行预处理，及时排除基线解算的误差，根据最终的基线解算结果选择控制网的平差值。

2.1.6 高程测量

实际应用中发现，如果以大地水平面为基准的正常高最为依据，测量结果中的大地高将存在较大的误差，因此必须获取正常高的精确值，也就是要联测出一定数量的水准点，通过拟合计算后得出高程的异常值，再求出待测点的高程。在测量高程的过程中也不会出现累积误差，在作业过程中也十分迅速便捷，所以被广泛应用于小区域的静态定位测量中。应用静态定位技术对水准高度进行拟合，可以为高程测量提供可靠的依据。

2.2 动态相对定位的应用

静态定位方法在实际应用中也存在一定的弊端，例如数据处理较为滞后，对观测数据的质量造成了一定的影响。近年来广泛应用RTK技术，在载波相位观测的基础上进行动态观测定位，可以实时提供观测站点内定位结果，具有较高的精度。在RTK作业模式中，基准站可以将数据及时传送到流动站中，流动站获得数据信息后及时作出差值分析，及时给出定位结果。

3 实例应用

在江汉平原一袋需要建立一所获利发电站，为中部地区提供可靠优质的电能，借助GPS测绘技术进行选址和测量。以下重点论述了该项技术的应用过程。

3.1 布设GPS网

测区海拔高度800m，面积约为40km2。测量之前并没有掌握已知的结果。在实际应用中设置了二等GPS网对测区进行全面覆盖，采用加密三等GPS网进行高程控制。在测区内选择了15个合理的观测点。为了提升控制网的精度，本次测量中选择了边连式的四边形网络结构。

3.2 应用方法

观测过程中采用了6台双拼信号接收机，其中三台型号为莱卡1230，另外三台为莱卡GS180。观测工作开始前，结合实际工作内容制定出测量计划，绘制GPS卫星的测量预报表，便于开展后期的同步观测。针对不同的观测时间段，需要选用不同的同步环进行观测，观测时间控制在60min以上，卫星的高度角控制在15°以上，设置了8个有效观测卫星，任意观测卫星的观测时间在20min左右，采样过程中的中间隔为15s[3]。

针对B级GPS控制网而言，在测量的过程中，同一边任意时刻的边长之差记为△d，该值需要满足以下关系：

其中σ表示在仪器的标称精度状况下，实际计算出的基线距离中误差。如果成果检测不合格，必须重新检测基线边和基线网。

本次测绘工作中没有响应的控制成果，在整个GPS网覆盖区域内布设了五等导线点。在实际工作中先布设出二等GPS网，后布设出三等GPS网，最后布设出五等附合导线，为了形成全区域内的测绘控制网，在实际中联测出三等三角高程。

在组成二等GPS网的过程中，需要将二等GPS控制网作为测区内的平面控制网，结合平原地带的地势特征，经GPS测点成对埋设，本项目共设有8对GPS测点。在每对GPS测点中抽取一个作为二等GPS测点，另一个为三等GPS测点。按照二等GPS测点的精度要求，每对测点的观测时间控制在8h，PDOP的值在8以下，数据采样时间控制在15～30s，本项目中选为25s，卫星的高度截至角为15°，同一时刻观测的卫星数量在4个以上，有效卫星综述在6个以上。重复基线测量过程中保证差值在2σ以下。

针对同步环而言，需要将不同的坐标分量闭合差控制在以下标准范围内：