试论GPS技术在工程测绘中的应用与改进

任舒宁 刘柘锐 杨保增 赵文龙

1. 珠海华成电力设计院有限公司 广东 珠海 519000 2. 国家石油天然气管网集团有限公司 广东 深圳 518040 3. 北京兴油项目管理有限公司 北京 100029 4. 中国寰球工程有限公司北京分公司 北京 100012

传统的测绘技术在实际应用中存在较大的缺陷与问题，随着现代技术的不断发展，GPS技术也逐渐应用于测绘工作中，拥有广阔的发展前景。通过对GPS测绘技术的开发和利用，已经逐渐解决了传统测绘技术存在的精准度查和效率低等问题，同时因为其可操作性高，现已经被广泛应用于测绘工程中，取得了较好的测绘效果。利用GPS技术所开展的测绘工作，不仅保障了工程质量，同时也实现了测绘功能的不断发展。

1 GPS技术概述

GPS系统主要由空间部分、地面部分和用户设备部分这三部分组成，空间部分也就是卫星星座，地面部分则主要是由地面监测系统构成，而用户设备部分就是GPS接收机械[1]。根据测绘工程的实际需要，在某一确定位置设定信号的接收装置，这样地面部分就能够接收来自GPS空间部分的数据信息，同时也会对所得到的信息进行分析与处理，反馈给用户设备部分，最终获得比较详细的地理坐标系信息。

GPS技术因为其自身特点，所以被广泛应用在测绘工作中。一方面，GPS技术功能性较强，能够测绘的范围非常广泛；利用GPS技术，可以在较大范围内进行高准确度的测量，同时，在进行实时定位时，精准度可以达到分米或者厘米单位，并且误差相对较小[2]。另一方面，GPS技术准确性较高，将GPS技术应用于测绘工程，其动态化和静态化的测绘操作都妥善解决了传统测绘模式下的问题，并且也能够将测绘结果的精准度控制在标准之内；利用GPS技术，从而建立起三维坐标，实现对所有信息数据的高精准度测绘。最后，GPS测绘技术还拥有经济性的特点，根据有关实践经验表明，与传统测绘工程相比，GPS技术的应用能够节省费用资金，一是因为GPS测绘技术拥有较高的效率，所以缩短了测绘工作进行的时间；二是因为GPS测绘工作和测量站之间互通性较低，这样也实现了时间和人力资源的节省。

2 GPS技术在工程测绘中的应用

首先是选择测绘点和建立测绘标志，无论是测绘点还是测绘标志的选择，都应该便于接收机的运输和安装工作，并且还需要选在视野开阔的位置，能够远离电磁波的干扰。接下来是外业观测，这一环节主要工作包含设备天线的布置、观测实践以及数据记录，其中天线的布置又可分为定中心和选取方向；在进行观察记录过程中，需要将有关结果存储在接收端的内存中，这样也方便后续工作的进行，对有关数据进行及时查找与利用[3]。然后是GPS布网，在利用有关测量技术时，这一环节是非常重要的，必须要将三焦同步图形精准画出，确保GPS网的稳定进行；同时对于各个工程测绘区域，所开展的GPS布网需要基于区域的实际地形地貌特点，利用信息公网对GPS布网进行优化与改进，进一步增强GPS技术应用的稳固性，方便在日后工程测绘工作中可以利用GPS布网及时得到有效数据内容[4]。除此以外，还需要进行实时动态监测，又被称为RTK技术，需要在地面观测点安装GPS接收器，并将其作为准确观测点，然后与GPS卫星相连接，方便接收测量信息，实现内容的实时采集。最后是成果的校对和数据处理，这是为了确保测绘工作的准确性，同时也能够达到预期的定位精度；当完成有关观察工作以后，需要按照规定对结果进行现场预处理并检查分析，若是结果不合格，则就需要进行重新测试[5]。

3 GPS技术在工程测绘中的应用案例分析

3.1 项目任务

受珠海华成电力设计院股份有限公司委托，深圳地质建设工程公司承担了国家管网深圳液化天然气应急调峰站项目接收站工程外电线路工程施工控制测量工作，本次施工控制测量主要内容是以下几点。

（1）D级GPS卫星定位控制网布测。

（2）E级GPS卫星定位控制网布测。

（3）四等水准网布测。

（4）原施工控制点复测。

3.2 任务范围及完成的工作量

本次测量范围为国家管网深圳液化天然气应急调峰站项目接收站工程外电线路工程线路正线全长约9.1公里。

3.3 测区概况

国家管网深圳液化天然气应急调峰站项目接收站工程外电线路工程位于深圳大鹏新区，测区线路东西两边临海，南北两面环山植物茂盛且大部分为山地，地形较为复杂，通行通视条件差。受海洋影响，多雨雾，常受台风吹袭，地质灾害风险程度较高。由于正处在深圳新冠疫情管控期间（全市地铁公交停运，单位企业停工停产7天）。所有企事业单位、建筑工地及街道社区等进行最严格的围合封闭管理，拒绝人员出入。疫情给本次测量工作带来极大困难。

3.4 既有资料情况

测区范围内有历年深圳市规划和自然资源局测绘的基本图（1:1000地形图）用于项目踏勘选点，已有控制点、水准点点位查找，基于充分利用既有资源的原则，沿线共收集到既有控制资料情况如下：

（1）平面控制点

由于深圳市规划和自然资源局布设在测区附近的高等级控制点破坏严重，且个别未破坏的点位无法满足本次控制网布设需求，本次拟布设4个D级GPS控制点，D级GPS控制点将采用广东省CORS中心解算，为国家2000大地坐标系成果。E级卫星定位控制网则以D级GPS控制点作为起算点。

（2）高程控制点

本次收集到深圳市规划和自然资源局1998年7月布设在测区附近的二等水准点：II葵大2、II葵大7，为1956年黄海高程系，作为本次控制网高程起算点。

3.5 测绘技术方案执行情况

3.5.1 平面控制网观测方案的执行情况

（1）平面控制网布设

1.在D级卫星定位控制网的基础上，沿线路走向分别构建了E级卫星定位控制网；其中D级GPS控制点4个，E级GPS控制点数19个。

2.E级卫星定位控制网附合在D级GPS控制点上，E级卫星定位控制网最短边长不低于350m，每个控制点至少有1个通视点。

3.构成的异步闭合环或附合路线中的边数均不大于6。

4.由于外电线路工程设计在大鹏湾北侧临山位置，布设控制点通行、通视条件困难。加之受新冠疫情影响，各街道社区、企业、小区等实行最严格的封闭管理，设卡围合、部分道路封闭，外来人员和车辆通行困难，严格的防疫措施给布设控制点带来了很大的困难。

（2）选点、埋石

1.点位的选择必须要遵循能够长久保存和测绘方便的原则，并且不能够受到来自施工变性的影响，有利于下级网扩展和联测。

2.所选点位附近还应该确保没有较大面积的水域，同时也不能够存在有对电磁波反射较为强烈的物体；同时，选点位置应该距离无线电发射装置200m以外，距离高压输电线距离50m以外。

3.点位大多选在线路两侧坚固的永久性建筑物顶承重结构上，并确保与相邻通视控制点间的垂直角小于30°。

4.卫星定位控制点点位的选择考虑到了避开施工的影响，远离线位一定距离。

5.D级卫星定位控制点编号以“L-01”为冠号，分别编号为L-01、L-02、L-03、L-04；E级卫星定位控制点编号以“E-01”为冠号，分别编号为E-01、E-02、E-03……E-19；

6.位于构筑物顶上的卫星定位控制点均为水泥墩，墩顶部为20×20cm，底部为30×30cm，高为15cm，顶部中央为Φ20mm不锈钢标志，埋设时对楼板进行了打凿并砸入水泥钉，便于与楼面连接牢固，保证稳定，采用速凝水泥填入水泥墩各边角缝隙，为楼顶做防漏水处理。

7.地面点标石埋设混凝土预制桩，预制桩尺寸顶部为20×20cm，底部为40×40cm，深为40cm，顶部中央为Φ20mm不锈钢筋；位于水泥路面的点，则用冲击钻在路面打孔，并将测量标志用植筋胶固定，埋设于水泥路面以下，且桩面有“测量控制点”字样。

8.本次D级卫星定位控制网共布设4个点，E级卫星定位控制网共布设19个点，E级卫星定位控制点应满足至少有一个以上通视方向的要求。

（3）平面控制网测量

本次作业采用4台南方S86及1台南方银河1双频GNSS接收机作业。采用静态相对定位原理进行，根据预报星历选择最佳观测时间，按照设计网形进行观测。

本次卫星定位控制网分两级布设，首先在全线范围内建立D级卫星定位控制网。D级卫星定位控制网基线的观测时间不短于60分钟，平均重复观测时段数不少于1.6，本工程D级卫星定位控制网平均重复观测时段数为2.0；然后进行E级卫星定位控制网的观测，观测时间不短于40分钟，平均重复观测时段数不少于1.6，本工程E级卫星定位控制网平均重复观测时段数为1.8。

（4）数据处理

1.D级卫星定位控制网数据处理

D级卫星定位控制网的观测采用双频GNSS接收机，其固定误差a不大于5mm，比例误差系数b不大于1mm/km。本次工程的D级卫星定位控制网的数据提交由广东省CORS中心解算成果。

2.E级卫星定位控制网数据处理

首先将E级卫星定位控制网卫星定位控制网原始观测文件导入南方SGO2.2GNSS静态处理软件进行处理，还需要符合点号、天线量高方式、天线高等有关数据。其次，基线解算采用广播星历和南方SGO2.2GNSS静态处理软件进行解算。最后对基线解算质量不符合要求或环闭合差超限的均进行了补测。

3.无约束平差计算

全部重复基线及异步环满足要求后，采用中国铁设与同济大学测量系联合开发的TGPPSWin32软件进行整网平差计算。

4.约束平差计算

本段E级卫星定位控制网以D级卫星定位控制网计算得到的控制点作为约束平差的起算点。

（5）E级卫星定位控制点设站检查

按照规范要求，采用常规测量方法对所有E级卫星定位控制点进行边长、角度检核。使用徕卡TCRP1201全站仪在三等卫星定位控制点设站,实测各点夹角及边长、角度检测值与反算值较差，精度满足规范要求。

3.5.2 高程控制网测量

国家管网深圳液化天然气应急调峰站项目接收站工程外电线路工程施工控制测量，采用四等水准路线观测。

（1）高程控制网布设及选点埋石

依据《国家三、四等水准测量规范》（GB／T12898-2009）、本次项目的要求，延设计线路已布设在道路周边的E级GPS控制点进行水准测量。本阶段共计施测水准点17个。起始点为E-04，终点为L-01。水准路线起始于深圳市二等水准点II葵大7，附合到深圳市二等水准点II葵大2。

（2）外业观测

四等等水准网测量采用徕卡DNA03电子水准仪及与电子水准仪配套的3m铟钢水准尺，自动观测记录。

（3）数据处理

平差前进行附合水准路线闭合差检核和每千米水准测量的高差偶然中误差计算。本次外业测量按照四等水准规范要求行附和水准线路测量。计算得到每千米水准测量的高差偶然中误差为1.1mm，小于限差的±5mm。

在数据处理时，首先开展全线附合水准路线闭合差统计。经统计计算本线附合水准路线闭合差均满足规范要求。

为了印证本次测量数据的可靠性，质检按照《国家三、四等水准测量规范》中的四等水准测量的有关规定执行，本线共检查了3个测段，检测高差与测段高差之差均小于限差，可见本次外业测量数据真实可靠。

4 GPS技术在工程测绘中应用的改进措施

首先，在具体的GPS测绘技术应用过程中，必须要重视对有关技术人员的培训工作。虽然将GPS技术应用于测绘工作中使得操作相对简便，但是仍然要建立一支具有良好知识储备，并且实践能力较强的专业人才队伍，从最基本的测绘操作开始，对技术人员进行规范培训，使其熟悉并掌握GPS技术，尽可能规避因为人为操作所导致的误差或测量不准问题的出现[6]。同时，需要提升技术人员的职业道德素养，确保其能够以端正的态度和较强的责任感来完成测绘工作，明确测绘工作进行目标，按照有关规定要求规范运行，实现测绘质量的进一步提升。

同时，还要对GPS测量误差进行有效控制。在具体测量工作开展过程中，误差的存在是难免的，同时受到来自误差的干扰，也有可能会导致GPS测量结果不准确，所以必须要重视误差的控制工作。在具体操作中，有关技术人员必须要按照操作规范来进行GPS测绘技术的应用，严格落实每一个环节的质量管理标准，减少问题出现的可能。在测量中，根据测量区域的实际情况，确定好测量点，确保测量点选择的合理性和科学性，有效规避地形地貌对测量结果的影响。在数据计算和数学模型的选择上，需要根据测绘工程实际有针对性地选择合适的地形地貌模型，保障数据结果的有效性，这样也能够降低模型所带来的误差影响[7]。

5 结语

将GPS技术应用于测绘工作中有着较多的明显优势，通过上述案例实践和内容分析，对GPS测绘技术在工程测绘中的实际应用进行了探讨，并希望在GPS测绘技术今后的应用中，发挥出其功能和实用性，以高质量完成测绘工作，推动我国测绘技术的现代化发展。