GPS技术在土石方测量中的应用

姚万余 辽宁省有色地质勘查总院有限责任公司（辽宁省有色地质局勘查总院）

1 手动测量技术的缺点

传统的测量使用手动测量，其优点是简单易行[1]。但是，由于测量工作量大，测量人员的体力活动高，测量时间长，并且对测量人员的素质和道德的依赖性相对较高，这可能是导致测量工作量低的原因。测量精度和数据不准确。具体来说，有以下几个方面。

1.1 对测量任务的认识相对较弱

建设用地测量师对建筑工地的地质和地形知之甚少，对测量工作的重视程度不高，这使得测量工作通常是程序上和形式上的[2]。土地测量工作受到要求的限制。由于计划的设计不合理，很容易发生土地测量过程中的混乱和无法顺利进行实地测量工作等问题。

1.2 测量工作量大

大多数土地测量工作都是在施工现场完成的，并且随着社会对建筑项目需求的增加，当前的工程用地面积也越来越大，而且通过手工测量可以到达的面积极为有限。由于实际工作可能需要在多个测量点进行多次测量，因此，测量工作量非常大，从而使测量人员可以测试其身体能力和耐心。

1.3 难以衡量

如果建筑工地的地形相对复杂且地质环境相对特殊，则测量过程可能会导致许多不确定因素[3]。这些因素的存在阻止了某些现有设备的工作，并且可能需要多个设备。计算和绘制一起使用的设备很困难。

1.4 测量精度低

影响手动测量精度的因素很多，可以分为客观因素和主观因素。

首先，由于可用于测量人工土地的设备和仪器很少，测量工具相对较宽，系统误差较大，测量标准不统一，工作方向不明确。这些客观因素会大大降低测量精度。

其次，由于缺乏测量专业知识，测量水平较低，并且在测量过程中通常仅以程序方式记录相关数据，没有充分考虑测量精度，缺乏责任感和其他原因，无法保证测量精度。

2 GPS技术概述

GPS也称为全球定位系统（Global Positioning System GPS）[4]。是自1970年代以来在美国开发并于1994年完成的下一代卫星导航和定位系统。其具有在海上，陆地和空中的实时三维导航和定位功能。GPS测量技术可以快速，高效，准确地提供点，线，面及其他相关信息的精确三维坐标，并具有全天候，高精度，自动化，高效率等优良特性。在军事和民用运输（船舶，轮船，飞机，汽车等）中航行，大地测量，摄影测量，野外探索，土地使用调查，精确农业和日常生活（人们追踪，休闲和娱乐）等领域。

2.1 GPS定位的原理

是在已知起始数据的情况下获取快速移动卫星的瞬时位置[5]。卫星不断发送其星历参数和时间信息。接收到此信息后，用户将使用空间和距离的相交方式来计算接收器的三维位置，三维方向，行进速度和时间信息。GPS定位至少需要4个卫星观测值才能进行计算。假设可以测量特定卫星的坐标[xi，Yi，zi1和距被测点的距离Ri，以及被测点的坐标（x，Y，z）]。

RTK技术实时处理两个测点载波相位观测量的差分方法，这种载波相位差分方法大致分为两类，通过基准站GPS来实时接受观测数据并将观测数据传输给GPS接收机。流动站通过快速求解来整理周模糊度，通过基准站GPS来实时接受观测数据并将观测数据传输给GPS接收机（如图1所示为一台流动站的基本作业流程。）

图1 RTK1+1工作模式

3 GPS在岩土工程勘察中的应用

3.1 GPS测量的特点

（1）全天候运行。GPS观测不受气候条件的影响，可以连续进行而不会中断[6]。

（2）无需在站点之间查看。GPS相对位置测量是通过几个GPS接收器同时观测天空卫星来执行的，因此可以获得接收器之间的参考矢量。因此，无需进行点对点通信。

开幕式上为24个新设立国家森林公园、6个全国森林旅游示范市、28个全国森林旅游示范县授牌。我省的诸城市被授予“全国森林旅游示范县”。

（3）可以提供三维坐标。GPS可以同时准确地测量一个测量地点的三维坐标，而传统的大地测量则使用不同的方法来测量平面和高程。

（4）观察时间短。快速静态相对位置测量。这是由于GPS技术的观测站之间避免了通视，这在很大程度上降低了因外部因素的影响引发的技术影响，这也会直接性导致观测成本的降低，也同样提升了测绘效率。如果每个流动站与参考站之间的距离在15km以内，则流动站的观察时间仅需要1min～2min。对于动态相对位置测量，流动站的观察时间在开始时为1min～2min。然后可以随时找到它，每个天文台观测仅需几秒钟。

（5）定位精度高。GPS这一技术在作业的过程当中可以避免受到距离、环境等其他因素的影响，这就意味着相较于常规的定位技术，GPS技术的测绘精确度要远高于常规测绘的精确度。

应用实践证明，GPS的相对定位精度可以在50km内达到10-6，从100km～500km达到10-7，在1000km上达到10-9。通过观察可以解决300m～1500m的工程精度定位。1h平面位置误差小于1mm。

（6）易于操作。GPS接收机的改进提高了GPS测量的自动化水平。在测量站，操作员只需安装和开关仪器，即可测量仪器的高度并监控仪器的运行状况。其他观测任务，如卫星捕获，跟踪和观测，均由仪器自动执行，大大减轻了测量人员的劳动强度。

3.2 GPS土方测量的应用

3.2.1 测量前准备工作

（1）制定测量方案，通过对施工现场的场地情况、测量面积、高差坐落等客观条件的详细勘察，以此来制定出详细的测量方案。测量方案的内容主要包括：点位间的布置间距、方式等。

（3）建筑项目往往对于工期都有着十分严格的要求，所以工程测量一定要确保能够在较短的时间内为后期规划工作、场地布置工作等提供测量依据。所以在施工前期，施工管理人员一定要在施工计划中明确具体的测量时间要求，方便施工单位制定详细的测量计划以及测量人员调动。

（4）明确测量费用，对于实地测量而言，由于地形条件、环境位置、深度需要等原因，其测量的费用是无法统一的。比如，对于地质条件复杂的场地来说其测量费用要远远高于地质较为平坦的场地。基于此原因，在进行实际测量工作之前，要通过施工现场的实际情况在测量前，以此来明确详细的费用计算，避免在施工后期出现差错。

（5）在实际工程施工开始前，要进行测量资料的收集、整理。首先，测量单位要对施工现场周边的市政污水管网的布置、场地的水文条件等进行详细把控，避免在实行测量方案时出现严重影响，更加方便于施工方案的制定，这对于有效提升施工效率、避免出现施工问题等起到十分积极的作用。

（6）在进行测量工作之前，首先要做的是检查仪器设备能否稳定运行，要确保其在实际进行时可以稳定地接收信号。

3.2.2 测量进行中的工作

通过测量方案的制定，来进行实地测量工作，如果是因为外部条件的影响导致无法进行测量工作的，则需要施工单位在变换实际施工位置的工程中选择增加点位，并对测量出的每个点位数值都详细记录下来，方便在收尾工作进行时，进行详细的数据处理。

如果是仪表，则工程非常困难。利用传统的测量方法，确保测量精度变得更加困难，并且测量任务变得非常困难。因此，在控制测量中，使用GPS来进行有线网络测量和调整。使用GPS动态放样可以节省时间和精力，并确保测量精度。GPS测量的应用为地形变化较大的项目的顺利建设奠定了坚实的基础。

综上所述可以看出，GPS勘测在大规模岩土勘测中具有以下优势。

（1）钡可用于全天候咳嗽，因此无需查看所有其他好处。GPS测量非常适合在全国大范围内受损严重且地形条件艰难的地区进行工程测量。

（2）高GPS测量精度大大提高了测量结果的质量。

（3）提高工作效率，减轻工作强度。GPS测量具有很高的自动化水平。

该工作过程由微电子技术，计算机技术，自动记录，自动数据预处理和自动调整计算来控制。测量效率是传统测量的三倍以上。GPS在全国各行各业中得到广泛使用。

4 结束语

随着人们对GPS的研究越来越深入，GPS技术将继续发展和完善。对于土石方测量工作来说，这一十分系统化的测量过程能否顺利完成，将对成本控制工作起到十分巨大的影响。所以要根据施工现场周边的实际条件来制定全面化的方案制定。同时GPS接收设备会不断更新。GPS（全球定位系统）的导航和定位精度越来越高，GPS测量技术变得越来越成熟和完善。其应用范围将更加广泛，并将对工程测量领域带来重大变化。