GPS 技术在工程测绘中的应用及发展趋势

许常善

（甘肃省地质调查院，兰州730000）

1 引言

目前，随着网络时代的进步和发展，GPS 等测量技术也已经被应用到了军事测量和工程监测上面，而测量技术也将随着信息时代的发展更加智能化和自动化，以便于从各个方面上适应人类的智能化发展的要求[1]。

2 GPS 技术

2.1 GPS 技术的定义

GPS 技术本质上属于一种定位系统，主要是利用卫星系统，通过主控站和地面接收器以及监控系统等，收集到某一特定区域的地理信息。GPS 测量快速、高效，主要依靠的还是卫星技术，可随时随地进行地质信息的收集，并且保证接收信号的稳定性，可快速传输所需要的定位信息，可高质量、高效率地完成工程测量工作。但是GPS 技术在应用的过程中，还是会受到一些外在因素的干扰，影响测量工作的准确性。随着科学技术的不断发展，GPS 技术也在不断地完善，其在工程测量中的应用将会越来越成熟。

2.2 GPS 技术的特点与优势

2.2.1 定位精度高

对于GPS 定位技术来说，它的动态定位精度达到米级至亚米级，静态定位精度能达到毫米级[2，3]。其达到的定位精度和其他测量技术相比，存在明显的定位优势。而大量的实际工程应用已经证明，使用载波相位观测，实现了静态相对位置，即使在不超过50 km 的基线上，绝对位置的相对精确度也能够超过1×10-6～2×10-6，在100～500 km 的基线上能够达到10-6～10-7。同时，由于现代信息处理方式和电子探测技术的进一步发展，也能够在大于l 000 km 的基线上，位置的相对精确度高于甚至超过10-8。当同时完成即时动态定位与即时差分位置任务时，位置的精确度超过了分米级和厘米级，可以适应信息工程中不同监测技术的需要。随着GPS 技术和信息处理技术的发展，它的监测精度将会继续提高。

2.2.2 功能较多，应用广泛

利用GPS 技术可以迅速提取客户所需要的需求数据，保证了数据的即时连续性，并保证了数据的流动性，而且还可以直接为使用者提供信息的三维位置和时序信号，使得其应用范围不仅仅局限于监测和引导的范畴中，可被广泛应用于更广阔的应用领域，如对海陆空的目标引导、监视运动目标、管理运动对象、大地监测、工程监测等。

2.2.3 可操作性强，操作环境要求不高

GPS 监测技术在工程建设监测中的使用，极大地提高了工程建设的监测效率。人员不需烦琐地操作就能够轻松监测，相对于传统的地面监测设备，这种技术更好使用，同时，也降低了人员的工作压力，从而开拓了获取信息的新渠道，能够收集更多的资讯，从而极大地提高了工程建设监测的效率。GPS监测技术能够通过卫星来获取信息，不需要过多的人力干预，监测结果不但显示具体的三维位置，而且还能够反映某地方的区域信息内容，从而更好地服务于工程。

3 GPS 技术在工程测绘中的应用

3.1 国土测绘

国土测量定界是一项科技服务性工作，它主要是为适应农村土地规划、征收、农用地改变、出让、耕地开发与整理、耕地复垦、城市土地利用建设管理等方面的国土资源利用需要，为满足国土资源部门的用地审查和地籍管理工作需求，通过实地调绘城市土地利用状况、划分耕地利用区域、测算土地面积、确定界址定位等工作提供精确和科学的基本数据信息资源[4]。它是通过一种技术手段，来保障政府正确、合理、科学地批准建设项目的用地的服务性工作。在国土测量定界中运用GPS 等现代测量技术，有效提高了国土测绘工作的效率，同时提高了国土测绘结果的精确性与准确度。

3.2 城市测绘

随着我国科技的不断发展，现代化城市建设正在突飞猛进。城市基础建设作为城市施工的重心，决定了城市建设的高度和规模。对于城市基础建设而言，测绘技术的应用则是其不可或缺的一部分，在建设过程中不但涉及城市规划，还涉及地质勘测。如今的城市建设基本都要依靠GPS 系统来获得全面准确的城市地形、路网分布、建筑物空间分布等基础数据。

传统单一的测量方法，在技术定位时往往要求在点与点间维持通视，不仅耗费时间过长，还耗费了大量的劳动力，同时测量精确性也不高，无法妥善地进行信息对接工作[5]。而此时使用RTK 测量技术，则突破了传统技术限制，不需要以点与点间通视距离作为工作基准，依旧可以获取比较精确的测量数值。人们可以通过RTK 技术进行实时动态差分析，通过科学的测量手段，快速精准获取城市控制网的基础数据，为城市规划和基础建设提供翔实准确的数据支持，确保使用者的切身利益和城市土地的利用率。

3.3 矿山测量

GPS 技术在矿山测量领域也具有良好的运用。因为矿山测量本身受到地形、地质构造等因素影响，传统测量技术已不能满足当前矿山测量工作的要求。因此，在实际矿山工程勘测中必须运用GPS-RTK技术，利用其精确、高效、方便的特性，来满足人们对测绘数据的高精度要求。精确的观测数据可以更有效地保证在矿产资源开发利用和矿井建设过程中的安全和效益，这也是GPS 技术在采矿监测中的应用优点所在。另外，在对矿场控制点进行加密的过程中，GPS-RTK 技术也起到了至关重要的作用。目前，GPS-RTK 技术已广泛应用于地质测量、钻孔施工、取样钻进、探井、槽探、地质点、坑口定位等领域。

3.4 工程变形中的应用

在工程建设中或施工建成后，均会出现建构筑物的变形问题。通常的表现方式是：由于外在因素对建构筑物结构产生了一定的损伤，或因地壳自身的变形和运动过程对建筑结构造成了影响，如重大建筑物、堤坝、桥梁、路面等建筑出现沉降、变形、裂纹。在此时，通过GPS 进行智能化的精准实时动态测量，迅速连续监测整个建构筑物的变形程度并将其精准至毫米级，便可有效精准地监测建构筑物的变化状况，从而及时掌握其实时变量，为后期维护补救工作带来更确切真实的基础数据支撑，大大提高了工程建设养护的效率。

4 GPS 技术在工程测绘中的发展趋势

4.1 GPS 网络

GPS 网络通常是指国家的C、D、E 类工程建设测控网络，或专门为工程建设而布设的工程建设测控网络。在工程建设领域，GPS 网络又分为城市GPS 网络、矿井GPS 网络、道路GPS 网络、桥梁GPS 网络等各种GPS 工程建设网络和GPS综合服务网络。如运用静态GPS 技术布设的精密工程建设测控网络，进行堤坝、灾害点、矿井、油田、建筑群、道路网的地面沉降、堤坝变形、高层建筑变形、隧洞贯通、地质灾害防治等进行精密监测。这类网络的主要优点：一是控制范围广，其控制范围可由单个工程建设网扩展到全国，乃至全球；二是观测时间短，在监测领域，动态监测的速度和反应时间可由以往的几十分钟至一两个小时提高至秒级，为快速应对和处置节约了大量的宝贵时间；三是精准度高，在工程监测领域，其监测精度可达毫米级甚至微米级，对因变形可能引发的不良后果提供精准的判别依据。

4.2 GPS 高精度数据处理

精密单点定位系统中，数据信息预处理成果直接关乎其位置精确度和安全性。而数据信息预处理过程的关键问题是利用GPS 技术，精确安全地判断相位观察中发生的周跳。对每个发生周跳的区域都添加了一种新的模糊度量参数，然后再通过参数估计的方式实现。在数据处理阶段的主要工作包括传输与编码、统计监测与编辑、数据处理标准化、接收机钟差估计、差分观测值以及线性组合观察值的形成，基线向量最佳近似估计和周跳监测、修复或标记等。

4.3 GPS 虚拟现实技术应用

传统测量最大的弊端是花费的物力人力过大，而且测量区域往往是地质比较复杂的区域，这也会频频出现安全事故。而通过GPS 虚拟现实技术开展工程测量就极大地减少了此类事故的出现。而且，GPS 虚拟现实技术还具备了真实感和交互作用强等优势，很大地方便了地质复杂区域的工程测量工作。

虚拟现实是近年来出现的高新技术，由计算机生成具有三维空间的虚拟环境，用户在此环境中利用特殊装置，以最自然的方式与环境交互，通过操作控制环境，从而产生身临其境的效果。它可以将一系列的物理模型、数据结构动态、三维建模等以逼真的三维图形展示出来。随着计算机性能的不断提高以及人们对事物直观性、准确性、清晰度的要求，虚拟现实技术已经广泛应用于生产和生活的各领域各行业。

国土测绘中，结合国土调查基础数据，通过GPS 三维建模，模拟全国国土资源现状，通过人机交互和数据转换，实现对国土资源的动态模拟展示，从而减少外业作业，提高国土测绘精度。城市测绘中应用计算机技术，建立城市三维虚拟环境，对城市地理实体及现象进行展示，城市建设管理部门可通过三维实景实现对城市变化的实时动态监测。在矿山测量中利用虚拟现实技术，对矿山地质体、地形地貌、矿山地物以及矿山地下工程进行三维虚拟，生成一个逼真的矿山虚拟环境，这样在矿山测量中，工作人员可以置身矿山虚拟环境下，更直观地实现对矿山的工程测量。在工程变形中，应用最新的工程监测数据，通过计算机三维建模，形成与真实环境一样或相似的虚拟环境模型，通过计算机屏幕系统，可直观展示各工程的实时变化情况，实现对各种潜在安全隐患的及时排查和治理。

5 结语

工程测量利用GPS 技术能够进行精确定位，在短距离内获取测量成果，同时，人们还能够通过测量数据精确分析地质情况，精确分析地质要求，制定针对性的工程建设对策。工程测量技术是所有工程项目都不能缺少的重要工作环节，通过GPS 监测技术在工程测量中的运用，不但能够大大提高工程监测成果的准确度，而且还不受地形要求的约束，也不需要过多的人工管理，还具备了智能管控的特点，能够大大提高工作效率，为不同工程项目提供合理的参考数据，从而加快了工程施工进度。