探讨工程测量GPS测量技术应用

◎于东东

引言

全球定位系统也被称为“全球定位系统”，这是一种接收设备，通过卫星将收集的信息传输到地球，使用无线电进行远距离传输，可以为用户提供目标位置、时间信息等。GPS作为定位系统的新秀，有着许多无可比拟的优势。随着先进技术的不断发展，GPS卫星导航技术在工程测量领域的应用得到了一致认可，同时，其保密性和抗干扰性对工程测量也非常重要。

一、全球定位系统测量技术介绍

1.全球定位系统测量技术概述。

全球定位系统是全球定位系统的简称，是一种新型的卫星导航定位系统。全球定位系统最初于20世纪70年代在美国开发用于军事用途，并于20世纪90年代完全建成，可实现海陆空全方位实时三维导航和高精度定位。GPS系统的组成由三部分组成，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，即GPS系统中的地面监控系统，另一部分是用户设备部分，主要用于接收GPS信号。GPS测量技术可以在短时间内提供精确的三维坐标，由点、线、面三要素组成，具有高精度、高效率的特点。随着全球定位系统技术的不断发展，全球定位系统技术不仅被应用于军事领域，还被应用于民用交通导航、土地勘测、野外调查、日常生活等领域。目前，随着通信技术的广泛应用，GPS和通信技术也实现了高效结合。三维坐标的测量逐渐从静态变为动态，定位导航也开始变成实时测量，不再需要通过数据处理来获取，全球定位系统技术的广度和深度都得到了极大的拓展。目前，全球定位系统技术广泛应用于地形和土地调查。同时，也被广泛应用于一些工程和地面沉降的监测中。

2.利用GPS系统进行测量的原理。

用GPS系统测量的原理并没有想象中的那么难，通常根据高轨测距系统，将待测地点与空间卫星之间的距离作为基本观测，然后测量与之相关的观测数据。通常，人们会优先使用伪距测量或载波相位测量来获得相关观测值。伪距测量是根据接收仪器获得的卫星信号，测量观测站与空间卫星之间的距离，使人们获得基本的观测测量。但在实际使用中，伪距测量方法容易产生较大误差，因此现阶段该方法很少用于GPS测量。相反，载波相位测量使用全球定位系统卫星信号的传播来确定位置。与伪距测量方法相比，这种方法的测量结果更加准确，因此在人们的日常工程测量中，载波相位测量方法将会优先考虑。

3.全球定位系统测量技术的特点。

（1）定位精度高，观测时间长。

全球定位系统测量技术在广泛应用中不断完善，为了使GPS技术的定位功能更加完善，采用了许多前沿技术对其进行改进，使得现有的GPS测量技术更具优势。通常，大多数人在利用GPS测量技术进行工程测量时，会采用快速静态定位的方法来节省观测时间。

（2）操作相对简单。

不难发现，GPS测量技术具有自动化、操作流程简单等优点，用户只需满足以下要求。一是认真收集气象资料；二是仔细安装和检查开关柜；三是测量设备的高度；四是及时检测设备的运行状态。例如，通过卫星获取信息、观测和跟踪等一些项目可以利用全球定位系统测量技术的自动化来完成。观察结束后，工作人员关闭电源，收好仪器，轻松完成数据采集。使用GPS测量技术进行观测时，不会受到时间地点的影响，也不会因天气原因耽误测量工作，在任何情况下都能工作。目前，我国GPS测量技术不断完善，已应用于石油开采、隧道建设、地铁建设等各个领域。

二、工程测量GPS测量技术应用

1.在施水准点测量中的应用。

可以说，测量是一项重要的技术。如果采用传统技术进行测量，由于事先没有仔细的调查和预算，在调平过程中会出现很多问题，无法保证测量的准确性。如果测量中测量结果不准确，距离会越大，影响施工和工程质量。但应用GPS技术时，可以接收卫星信号，确定水准点的具体位置。此外，GPS测量技术的应用可以协调工程观测的全过程，保证整个测量结果的准确性，保证水准点测量项目的有序开展。

2.在位置确定和分析中的应用。

利用GPS技术，通过卫星描述、分析、整理确定位置。该方法获得的位置信息更加准确，对建筑工程具有重要意义。位置精度的提高可以提高建筑质量，缩短工期，降低生产成本。对于施工单位来说，全球定位系统测量技术的应用提高了他们的生产率和利润。对于人们来说，建筑的质量更加稳定，人们的幸福生活也能得到保障。

3.土地动态监测。

在城市建设和土地规划过程中，土地动态监测非常重要。从自然和社会的角度，对该地区的土地利用情况进行了调查，为后续的土地利用规划提供基础数据。在土地动态监测过程中，借助GPS测绘技术，可以获得更为详细的数据信息。比如在公共交通建设中，需要全面了解沿线居民的生活需求和农田实际分布情况，从而制定出最科学合理的交通方案。此时，可以利用GPS测绘技术，在短时间内采集到所需规划区域内的所有土地资源信息数据，同时将其绘制成3D地图模型。测绘人员可以通过三维仿真图和采集到的测绘数据信息，直观地了解规划区的实际情况。为交通开发设计单位提供详细的基础数据信息，从而制定交通规划，既能满足大多数人的出行需求，又能尽可能少的占用耕地资源。

4.在大比例尺地图制图中的应用。

很多情况下，工程施工前需要提前准备好地形图，在绘制地形图时需要采用多种方法，根据实际情况进行绘制。其中地形图的比例尺不确定，造成这种现象的原因与实际情况相同。此外，在传统测量中，由于受多种因素的影响，定量方法速度慢、耗时长、工作量大，测量结果不准确，严重阻碍了工程测量的秩序。

5.在虚拟现实测绘中的应用。

GPS测量技术可以显示和绘制被测物体，让工作人员进行分析测量，大大减轻了工作人员的负担。对于地形危险的地方，这项技术更能发挥其作用，大大降低工人的风险系数，提高施工效率，对建设项目意义重大。

6.城市建设项目。

城市建设项目的主要功能是合理开发城市资源，从而促进城市经济的有序发展。GPS测绘技术在城市建设项目控制网的授时中也起着非常重要的作用，该技术主要为城市设计提供可靠的基础地理信息数据，为城市规划提供准确的定位保障。城市发展过程中，离不开各种资源的支撑，其中土地资源存量是制约城市发展速度的重要因素。在GPS测绘技术的应用背景下，可以合理评估土地资源流失现状，从而制定合理的规划方案，提高规划方案的实用性。

7.测绘数据的处理和分析。

（1）设备采集的第一手资料需要预处理。采集到的数据信息不能直接使用，需要技术人员对数据信息进行全面的分析和处理，消除明显的偏差和未经确认的信息，然后进行补充和完善，保证数据信息的准确性和全面性。（2）对预处理后的数据进行再处理。对基础数据信息进行预处理后，需要进行精确计算。例如平差计算方法、三维和2D计算方法，可以实现数据信息的可靠性。最后，计算和检查的数据可以作为工程测绘的最终数据提供给工程施工人员。综上所述，工程建设项目日益增多，工程建设规模也在不断扩大。特别是一些技术问题得到解决，复杂的工程项目开始建设，如大型桥梁和隧道的建设。进行工程项目建设时，工程测绘是绝对必要的。工程测绘提供的详细数据信息可以为项目后续方案的制定提供基础依据，作为一种先进的测绘技术，GPS测绘技术具有操作简单、精度高、不受时间和空间限制、适应性强等优点，因此在工程测绘中得到广泛应用。

8.GPS在建立工程的控制网中的应用。

测绘控制网是工程建设的基础工作，不同的工程规模对控制网的精度要求不同。一级测绘控制网的精度要求往往比较高，因为作为测绘的参考点，位置坐标必须准确。工程中常用的确定控制网的方法是转角法，即利用测量仪器确定控制线。这种方法在测量范围比较小的时候方便实用，但在测量范围比较大的时候就非常有限了，比如大型公路隧道工程。这时，GPS的优势就显现出来了，全球定位系统具有选择控制点限制少、精度高、成本低等优点。GPS建立的控制网基于载波相位静差技术，精度高，可达毫米级。公路隧道工程的特点是纵向距离长，横向距离小。由于导线法的测量范围有限，需要用常规导线法进行多次测量，会造成很大的误差积累，使用上述技术可以很好地解决这个问题。由于GPS技术不需要地面的相互能见度，可以远距离设置控制点，形成三角锁进行测量，大大节省了人力物力，提高了测量精度。

9.全球定位系统在变形监测中的应用。

这里的变形监测是指高层建筑、大坝、桥梁等大型建筑设施的变形监测。测量的主要项目是地基的沉降位移和建筑物的倾斜位移，这些大型设施的规模非常庞大，所处的环境也非常复杂，对监控的要求非常高。水准测量通常用于测量这些大型设施的地基沉降，三角测量用于测量建筑物的倾斜度。这些方法费时费力，应用GPS技术更方便。例如，要测量大坝的变形，可以在大坝上选择几个控制点，然后在控制点上部署GPS接收机，这样就可以实时连续监测大坝变形。如果想要远程获取数据，还需要利用无线传输技术将数据传输到数据中心进行处理，这样就可以对大坝变形进行实时监测。GPS技术也可用于监测路面沉降，实施方法与大坝变形类似，只是沉降监测只需要高程数据。

三、全球定位系统在工程测量中的野外工作

在GPS的野外测量中，最重要的是选点。结合实际工程经验，测量场地应选择在设备安装方便、视野开阔的地方，包括既有建筑和在建高层建筑的操作层上的适当位置。为了有效保证GPS信号不受周围建筑物的干扰，测量点应选在视野周围无障碍物的地方（包括既有建筑物）。同时，为了便于测量点的延伸观测和其他用途，测量点也适合选在交通便利的地方。结合实际工程经验，为了更准确地选择合理的测点，选址人员应前往现场进行实地勘察，根据现场情况选择合理的测点。同时，选定的测量点应能形成网格，有利于点的连接。测点选定后，可采用埋设标记，但应准确确定测点。同时，应确保嵌入测量点的标记可以永久稳定。特别是施工现场以外的点，测量点应采取有效的保护措施，测量点的命名应与建设单位协商后确定。

GPS快速静态定位的工作原理是通过GPS接收机接收四颗以上通信卫星的信号，计算卫星与GPS接收机之间的距离，通过卫星的位置确定GPS接收机在地心坐标系中的位置，从而计算出多个GPS接收机的相对位置，达到相对定位的目的。在图根控制测量中，图根控制网采用4个以上的GPS接收机，采用双基准站，通过快速静态定位测量进行观测。每个周期的同步观测卫星有效数量大于4颗，卫星数据采样率为15s，卫星高度角大于15，PDOP值小于6，每个观测基线的整周模糊放大因子在1.5以上，保证了卫星与接收机之间较强的图形强度。移动台的观测时间为15分钟，观测单元之间的移动台重叠点数为2。观测前后用专用的GPS高度计测量仪器的高度，取中位数作为该站的最终站高。通过数据质量检查，单基线双差的固定解作为最终结果。同步环、异步闭环、复测基线差的长度均符合规范，精度高，在良好的观测条件下满足E级GPS的精度要求。

1.在公路测量中的应用。

（1）选择工作时间。随着我国经济的快速发展，国家对公路建设的投入也在不断增加。然而，公路工程的地形确实很复杂。为了保证公路工程的顺利开展，有必要科学地选择工作时间。在选择工作时，要结合当地的天气预报，利用Planning软件检查卫星在合适的观测工作时间内的几何分布，合理安排工作时间。（2）建构测量工作区平面控制网。利用GPS静态测量技术和放样数据，确定并构建测量工区平面控制网。可以和国家点联合测量，保持5-8公里的点间距，得到控制点的平面侧标。同时，考虑到投影变形的实际情况，对于长度变形较大的区域要采取一定的措施，以减少长度变形。（3）实现高度测量控制。在测量公路工程高度时，应注意正常高度与大地高的换算。由于工艺变化非常复杂，精度较低，为了保证粘接的标高精度，可以采用水平操作方式，水准点之间的距离应控制在4公里。（4）通过运算获得局部坐标转换参数。为了做好RTK动态测量的准备，需要合理选择局部独立网格坐标、控制网中的WGS84和高程的公共点，通过计算得到局部坐标的转换参数。同时，控制点的数量和均匀分布也与测量精度有关，控制点的数量应在三个以上。此外，最小二乘法可用于计算和求解局部坐标变换参数。（5）选择参考站。在WGS84坐标和局部网格坐标的已知点设置基准站，为GPS测量技术创造观测条件。（6）在办公室准备资料。待放样坐标的设置需要结合输入线的起点坐标、直线长度、方位角等数据，并使用集成程序进行计算。遇到地形突变的情况，可以在地形突变的位置添加一个点，然后将各处待放样点的坐标以数据文件格式保存，做好办公数据的准备。（7）现场工作。为了初始化流动站，可以在参考点放置接收器、无线电或天线，并使用点校正的方法来确保本地网络坐标的准确性，从而确保工作区域在正确的点范围内。

2.在矿山测量中的应用。

GPS测量技术在矿山测量中的应用，可以保证矿区控制点的加密活动。在实际矿山测量工程中，一旦原平面控制网中的控制点被破坏，控制网的精度将受到很大影响。GPS技术在控制点加密中的应用，可以准确找到控制点所在的坐标点，并对控制点进行加密，保证控制点的精度。而且，在矿区的测量工作中，可以利用GPS测量技术获取钻孔剖面点、探槽、探井、探坑、地质点和近井点的坐标放样等相关信息，从而更好地发挥GPS测量技术在作业调度和地质填图中的作用。

结语

随着国家现代化建设的不断推进，工程测量技术在工程建设中发挥着越来越重要的作用。GPS定位测量技术以其高精度、高经济效益的特点和优势广泛应用于工程测绘中，为工程测绘的良好发展提供了有利的技术支撑，也为现代城市建设和工程建设奠定了坚实的技术基础，为提高工程测量的测量精度和保证测量结果的科学可靠创造了有利条件，极大地加快了信息全球化的发展和社会经济的发展。科学进步推动了全球定位系统测量技术的发展。利用全球定位系统技术不仅可以提高工程测量的精度，而且可以保证工程测量的质量，具有很大的优势。然而，这项技术也有一些缺点。因此，要在应用过程中不断完善，实现GPS测量技术的价值。测量是项目决策和具体实施的科学依据，测量的准确性和数据的可靠性对项目管理和具体施工有很大影响。GPS测量技术具有操作简单、测量效率高、定位准确等优点，具有很大的发展潜力。利用GPS测量技术可以有效提高测量精度，帮助施工人员进行有效的工程分析，保证各项工程的施工和质量，进一步促进工程建设的科学发展和施工水平的有效提高。