工程测量中GPS测量技术的实际应用

郑长海

（北京原祓注册安全工程师事务所有限公司，北京 100166）

1 引言

GPS测量技术是一种以GPS技术为依托的工程测量手段，具备高度自动化、高精度的特点，由于优势十分明显，越来越受到测量工作者的关注。工程测量涵盖工程建设中的设计阶段、施工阶段与管理阶段，在工程建设过程中有着不可替代的地位，此外，其对于测量手段的要求较高，必须要具备很高的精度，因此，探讨工程测量中GPS测量技术并研究其实际应用具有重要的现实意义。

2 GPS测量技术概述

GPS是全球定位系统Global Positioning System的简称，是新型卫星导航与定位系统，GPS最初研制是军事运用，研制时间地点是在20世纪70年代的美国，在20世纪90年代时才得以全面建成，可以实现海、陆、空全面实时三维导航，并且实现高精准的定位。GPS系统的组成包含三大部分，一部分是空间部分，即GPS卫星星座，第二部分是地面控制部分，也就是GPS系统当中的地面监控系统，还有一部分是用户设备部分，主要作用是用来接收GPS信号，GPS测量技术可以在短时间内提供出精确的三维坐标，由点、线、面三种要素构成，具备精准度高、高效性等特点，随着GPS技术的不断发展，目前GPS技术已经不单单用在军事上，还用在民用交通导航、土地测量、野外考察、日常生活等多个领域。

目前，随着通信技术的广泛应用，GPS与通信技术也实现了高效的结合，三维坐标的测定从原来的静态逐渐变为动态，定位与导航也开始变成了实时测量，不再需要通过数据处理而得到，GPS技术的广度与深度都得到了极大扩展。目前，GPS技术在地形、土地的测量中应用十分广泛，同时，在一些工程、地表沉陷等的监测中，也有着十分广泛的应用。

3 GPS测量技术及特点分析

3.1 GPS定位技术

GPS定位技术是GPS测量技术中应用十分广泛，也是最基础的技术之一，GPS定位技术可以在任何时间、任何地点为用户提供准确的位置信息服务，其主要原理是通过GPS接收机将信号接收过来，在误差处理之后进行计算，从而得到准确的位置信息，随后，将位置信息传输到连接的设备当中，相关设备会对这些信息进行计算与变化，最后再传输给移动终端，实现定位功能。GPS定位技术主要分为三种，一种是基于Cell ID定位技术，主要是通过基站的Cell信息来定位到用户所在的位置，精度受基站分布与覆盖情况的影响；一种是基于AFLT的定位技术，也就是Advanced Forward Link Trilateration技术，该技术是CDMA特有技术，通过监听基站导频信息、利用码片的方式，在三角定位法的计算下得到最终的定位位置；最后一种是基于AGPS的定位技术，主要通过无线网络的辅助来完成定位功能。

3.2 GPS虚拟现实技术

虚拟现实技术指的是通过计算机的虚拟仿真功能，生成一种新型的模拟环境，属于一门交叉技术前沿领域，通过计算机来实现对环境的三维立体化、模拟化。GPS虚拟现实技术指的是测量技术与计算机绘图技术结合之后，虚构出十分逼真的工程测绘环境，然后进行实地测绘，同时，还能及时通过三维图形的方式将测绘流程以及一些安全重点显现在计算机系统上，在一些地质条件较为复杂、恶劣的区域，GPS虚拟现实技术的应用十分广泛也十分必要。而且，GPS虚拟现实技术还能够查找并完善测量方案中出现的不足，确保测量技术应用的精准度，目前GPS虚拟技术的应用也十分广泛，是GPS测量技术中十分重要的组成部分。

3.3 RTK技术

RTK技术是实时动态差分法Real-time kinematic的简称，是新型的GPS测量方法，与以往的静态测量、动态测量以及快速静态测量方法不同，RTK技术不需要在测量后进行解算，而是能够实时得到厘米级定位精度，主要采用的方法是载波相位动态实时差分法，在GPS应用的过程中，具备重要意义，在工程放样、地形测图等环节得到了极大的应用，在很大程度上提升了外业作业效率[1]。RTK技术具备作业自动化、测绘功能极佳等特点，在测绘内业、外业的应用上都能够很好的胜任，可以减少辅助测量工作，降低人为误差，同时，RTK技术的作业条件要求比较低，受通视条件、节气、可见度等因素的影响较小，在一些难通视地区或者是恶劣天气依然可以达到极高的作业效率。最后，RTK技术的操作难度较低，对数据的处理十分迅速、准确。

3.4 GPS测量技术的特点

3.4.1 快速定位

GPS技术是一种先进的技术手段，其每一项配置都比较完善，在定位时采用的是实时动态定位模式，定位速度快，而且可以实现实时定位，提供三维坐标，在实际应用的过程中效率较高。同时，观测站之间不需要通视，在选点上可以更加灵活，但是需要注意确保观测站上空的开阔性，以免影响到GPS卫星信号的接收。

3.4.2 全天候观测

GPS技术的特点决定了GPS的观测可以在任何地点、任何时间下实现连续观测，而且通常情况下也不会受天气状况的影响。而且，GPS测量技术的观测时间非常短，GPS控制网下各观测站的观测时间一般在30min左右，通常都不会超过40min，如果在观测时选择快速静态定位法，将会进一步缩短GPS测量技术的观测时间。

3.4.3 定位精度高

定位精度高是GPS测量技术的主要特点，一般情况下，双频GPS接收机的精度约为5mm+1×D，与红外仪表的5mm+5×D相比，精度不相上下，但是在长距离定位上，GPS定位精度的优越性会逐渐显现出来，距离越长越能够显现出GPS定位的高精度、高准确性等特点。

3.4.4 操作简单、便捷

GPS测量技术目前具备极高的自动化程度，在GPS接收机的发展上，越来越趋向于操作简单化、体积小型化，在进行观测时，只需要对中天线并进行整平，在掌握天线高度之后将电源打开，GPS测量技术能够实现自动观测，自动接收到测量信息，从而得到被测点的三维坐标，为观测工作带来了极大的便利。

4 GPS测量技术在工程测量中的实际应用

4.1 测定水下地形图

在海洋资源开发利用中，需要应用GPS测量技术来测定水下地形图，首先需要采用三维测定的方式对海洋水资源的深度与平面的位置进行测定，然后通过微机绘制出水下地形图，在GPS测量技术的应用下，水下地形图的精确度非常高，对于海洋资源开发工程而言具有重要作用。传统水深的测定都是通过测探仪来实现，还必须要结合潮位仪进行测定，传统的平面位置确定通常要使用经外测距仪、经纬仪等无线电定位设备，一整套测量设备不仅繁重而且操作起来极其复杂，对于外界条件的要求也比较高，具备很大的局限性[2]。而利用实时差分GPS技术可以将潮位仪、测探仪、测距仪等仪器连接起来，形成一套完善的水下测绘系统，首先通过DGPS接收机将GPS卫星信号接收进来，然后接收差分基站的信号，之后通过对基台的利用对这些数据进行处理和校正，进一步降低和修正测量误差。

4.2 海上工程测量定位

后处理差分GPS动态定位技术能够实现大比例尺的测绘，还可以进行海上工程的测量定位，功能的实现主要是通过差分基站的GPS接收机与船站的GPS接收机，这两样设备是不可缺少的，通过两个站点的接收机实现对同卫星组导航信号的同步测量，然后经由基站的处理得到校正值，对测量后的数据进行及时修正。后处理差分GPS动态定位技术在技术要求上，需要差分基站与船站的当天记录和处理不得少于3个同卫星信号与数据的接收，然后将所有信号与数据拷贝到同一台计算机当中进行处理，之后，应用后差分软件进行修正，同时，根据时间对应法校正GPS的观测数据，从而得到精确的地理坐标。近些年来，随着我国资源短缺问题的不断深化，海洋资源开发利用已经成为一个重要的能源开发项目，海上工程也变得越来越多，因此，后处理差分GPS动态定位技术的应用十分重要。

4.3 施工临时水准点测量

工程测量中的水准测量是重要环节，传统的测量技术都是在实地预测不严密的情况下进行测量，这样的测量结果具备一定的不准确性，水准点的距离普遍偏远一些，给施工带来了较大的难度。在GPS测量技术的施工临时水准点测量指的是，应用GPS接收机采集GPS卫星的导航信号，从而确定施工的临时水准点，其作业流程主要包括天线的安置、GPS接收机的运用以及对观测内容进行记录等。需要根据技术设计要求中的观测计划进行外业观测，以便更好地将进程协调完成，提升外业观测的整体效率，确保测量结果的准确性。例如，在一些大型公路工程测量工作中，就可以运用GPS测量技术进行地形测量，通过卫星同步照片了解当地的地形地貌等，测量出施工临时水准点。

4.4 地籍与房地产测绘

地籍与房地产测绘中GPS测量技术的应用主要是RTK技术的应用，在分析GPS观测数据并对数据进行有效处理之后，可以将这些数据直接录入到GIS系统当中，从而获取精准的定位图。如果地区处于卫星遮蔽地带，难以实现精准的定位，可以利用一些测量仪器通过图解法来实现对该地域的细致化测量，例如全站仪、经纬仪等。在房地产测绘中，RTK技术主要应用在地质勘测上，RTK技术可以实现对界桩位置的精准测定，还可以在勘测放样、量算之后，将土地的使用范围、使用面积等信息准确测定出来[3]。另外，RTK技术还广泛应用于土地利用的动态监测，不仅具备高精准度的优势，还能够节省成本，降低施工时间，对于土地利用情况的实时监测起着重要的基础作用。

4.5 桥梁、隧道工程测绘

随着交通事业的不断发展，桥梁、隧道工程变得越来越多，但是由于桥梁、隧道工程建设的复杂性，传统的测绘技术具备很大的局限性，不仅容易被外界因素干扰，测量工作量与时间都无法得到保障，而且测量精度也相对较低。一般情况下，在大型桥梁工程中，工程跨越的地域面十分广泛，很难实现两岸通视，在一些大型隧道工程中，隧道的长度比较长，受地势等因素的影响，隧道内会存在一些弯道，也无法达到两岸通视，这就为测量工作带来了极大的不便，传统测量方式很难实现有效测量。而GPS测量技术受外界因素干扰较小，精准度较高，在桥梁、隧道工程的测绘中具备良好的应用效果，能够降低成本，提升工程的施工进度，提高测量的精准度。

4.6 形变工程测绘

在工程建设的过程中，工程变形问题属于比较常见的问题，一般情况下，都是人为因素导致，一旦出现形变问题，不仅会拖延施工进度、提升施工成本，还有可能会出现安全事故，因此，形变控制是工程建设过程中的重要内容。在工程测量中，形变测量是十分重要的，GPS测量技术的高测绘精度在形变测量中的优势十分明显，通过GPS测量技术获取测量信息的分析，可以有效找到形变控制方法。例如，在水电站大坝建设的过程中，受到水负荷压力的影响，很容易导致大坝出现形变，不利于大坝的正常运行，这时，就可以利用GPS测量技术对大坝进行严密监测，并且要连续性检测，水电站的监测人员选择一个最佳的基准站，然后在大坝变形区域内选择合适的监测点并安装GPS接收机，这样就能实现对坝体的实时监测，但是需要注意的是，基准站的建立必须要远离坝体。

5 结语

综上所述，本文对工程测量中GPS测量技术的实际应用进行了深入探讨，由于GPS技术具备较大的优势，因此，目前在工程测量过程中的应用是十分广泛的，GPS能够实现快速定位与实时定位、全天候观测，并且定位精度较高、操作起来十分简便，在众多领域都有着重要作用。随着工程建设项目的增多，工程测量中GPS测量技术的应用将会越来越广泛，因此，必须要加强对GPS测量技术的研究，从而推动我国工程测量技术的发展。