GPS测绘技术在工程测绘中的应用

2021-05-20缪爱平雒金泉

中国金属通报 2021年4期

缪爱平，雒金泉

（湖南省核工业地质局三〇六大队，湖南衡阳 421000）

GPS技术已被推广应用于各个领域，能够为人们日常生产和生活提供便利。GPS技术操作方式便捷，应用效率比较高，并且能够保证测绘结果准确性，应用前景广阔。各类工程项目建设数量不断增多，通过将GPS技术应用于工程测绘中，能够有效提升工程测绘效率，避免传统测绘方式的弊端，为项目建设提供可靠依据。

1 GPS测绘技术的工作原理

GPS技术的应用基础为卫星，卫星可接收定位信号，同时信号传输方式快速便捷，在数据采集完成后即可进行计算分析，同时与各类信息进行有效融合，据此创建三维立体模型。在GPS技术的实际应用中，首先需确定空间坐标系统以及地面固定坐标系统，协调两个系统，提高定位结果准确性，保证信息传输明确。在空间坐标系统与地面固定坐标系统的转换过程中，通过应用坐标可形成控制定位，保证测量数据准确性。另外，在GPS技术的应用过程中，还需采用定位法进行划分，形成相对定位以及绝对定位，采用空间集合对相关数据进行计算和分析，准确定位物体位置。GPS技术的应用原理如图1所示。

图1 GPS工作原理图

2 GPS技术在工程测绘中的应用

2.1 在工程变形测绘中的应用

在工程项目建设中，在施工技术、结构受力、建筑材料、地面沉降等因素的影响下，可能会发生建筑工程变形，进而对工程项目质量造成严重不良影响，要求密切观察，及时了解建筑工程变形情况，并采取有效的应对措施，保证建筑施工质量。可将GPS技术应用于工程项目测绘中，可对项目变形情况进行监测。比如，某水利工程大坝总长度为500m，在该水库大坝建设中，以间距100m设置5个监测基准点，然后在大坝两侧增加3个监测点，共计8个监测点，将GPS监测设备安装在各个监测点上，据此形成水库大坝监测网络，持续观测30天，对8个监测点监测所得数据进行分析，该水库大坝总体位移在±1mm～±2mm之间，没有发生明显变形。

2.2 在城市建设中的应用

GPS技术能够将宏观布网与微观布点进行有效结合，对目标区域地理地形分布情况进行全面勘察，同时还可确定基准点、轮廓线等，在城市规划、国土资源调查中得到推广应用，能够有效保证地理网点布孔的高效性。在地理网点布孔中，可将GPS技术技术与GPS技术以及航摄技术进行有效结合，据此采集城市地理信息，并根据测量结果绘制三维坐标体系，在确定坐标体系的基础上再利用GPS数据光束法对区域网络实施平差控制，据此确定控点数量。最后，再利用卫星将动态数据作为基础，采用像片调绘技术对模型图中的变更物、遮挡物等进行补测和优化调整，为城市规划建设提供参考。

2.3 在地下水工程中的运用

在地质工程勘察测绘中，水下地形测绘是十分重要的内容，测量难度比较大。在传统的测量工作中，一般需应用测深仪、潮位仪、经纬仪等等，但是在这类设备的实际应用中，技术难度比较大，应用流程复杂，很难保证测绘效率以及测量精度。对此，可利用GPS技术进行水下地形测绘，将GPS检测设备、接收装置等安装在水下环境中，与计算机系统进行连接，进而形成水下测绘体系，对水下地形进行自动化测绘、成图等。

2.4 在土地动态监测中的应用

城市化建设进程不断加快，但是在土地资源规划利用方面依然存在一些不足，对此，需加强土地动态监测。在土地动态监测中，需从自然角度以及社会角度对土地资源利用情况进行分析，为国土资源规划利用提供可靠依据。在此过程中，可利用GPS技术，提高土地动态监测效率，保证监测数据准确性和可靠性。比如，在城市公共交通工程规划建设中，首先需对建设区域土地资源利用情况进行监测和分析，同时综合考虑民众聚集情况以及农田分布情况，据此制定完善的交通工程设计方案。在GPS技术的实际应用中，在较大范围内能够快速获得土地资源数据信息，根据测量结果绘制三维模拟图，提高交通工程设计水平。

2.5 在城市规划中的应用

在城市规划中，传统的测绘方式需应用大力人力和物力，并且测量效率比较低。对此，可利用GPS技术提高测绘效率，将全球地理信息系统与全球定位系统进行有效结合，提高城市测绘质量。政府有关部门可将测绘数据作为依据，据此进行城市规划，保证城市规划方案的实用性。

3 工程概况

在某乡镇水土资源普查中，采用GPS技术，共规划设计8个D级控制点以及86个工程点，根据现场勘查，工作区以及外界交通条件良好。通过对区域地形地貌条件进行分析，勘查区标高在850m～1200m之间，坡度在2.5‰～3.0‰之间，地势平坦。勘查区降水量为1769.0mm左右，区域内河流全长150km，河流蜿蜒曲折，河床底部为松散砂层，部分河床已干涸，河流水资源逐渐转为地下水资源。

4 GPS测绘技术在工程测绘中的应用

控制测量布网方案：

4.1 平面及高程控制

对于该工程项目测区，在首级平面控制方面，采用D级GPS网，并布设线形锁形式。在控制网布设过程中，要求图形几何结构合理，提升约束力以及自检能力。控制平面网为1954年北京坐标系，并应用国家高层基准。

4.2 选点

在工程测绘中应用GPS技术，对于各观测站点之间的通视要求以及图形结构要求比较低，因此选点方式快速便捷。点位选择可直接影响测绘工作的顺利进行，因此，在选点前，首先需对测区地理地形条件进行调查，选择视野开阔、便于安装接收设备的区域，远离高压输电线、微波无线电传输通道、大面积水域，避免卫星信号受到干扰，另外，要求地面基础结构稳定性强。在本次测绘工作中，共选择7个GPS测点，为了保证点位进度，在点位选择完成后，需对点位埋设标石做好标志。

4.3 观测作业

在外业观测中，需对测量数据做好详细记录。在启动接收机前以及观测过程中，需对观测过程做好详细记录。在利用接收机进行静态作业时，对于卫星截止高度，需控制在15°左右，而观测卫星数量在4个以上，采样时段45min以上，而采样间隔时间则为5s。GPS控制网布设形式如图2所示。通过对图2进行分析，GPS1～7为测区GPS控制点选点位置。

4.4 GPS数据处理

在利用GPS技术进行工程测绘时，接收机在接收数据后，需进行数据处理，即可获得测量定位成果。在利用GPS技术进行数据处理时，关键步骤包括数据采集、传输、预处理、基线结算以及GPS网平差。对于接收机所记录的数据，可传输至计算机中，通过利用计算机进行数据预处理和基线结算。所有数据均存储至接收机内存模块中，可同时进行数据分流以及传输，进而形成数据文件。为了提高数据预处理便捷性，需对数据文件进行标准化处理，转为可识别文件。

基线向量结算即平差计算过程，计算方式复杂，要求去除观测数据粗差，同时还需综合考虑观测信号中断、星座变化等因素影响。当基线处理完成后，还需注意以下几点：第一，观测值残差分析，架设观测值存在偶然误差，载波相位对于Ll波段信号的观测误差为2mm，如果偶然误差为1cm，则观测值受到系统误差影响。在本次工程测绘中，应用单频接收机，如果短基线长度在2km以内，则为了避免电离层对数据造成不良影响，要求对单频数据做好差分处理。第二，对基线向量闭环合差进行计算，同时段可形成同步环，如果基线向量闭合差值低于对应等级的限差值，则闭合差精度较高。在完成基线向量校核后，即可对基线向量网平差进行计算，然后再对GPS之间的相对坐标差值进行计算，最终确定GPS点坐标。