工程测绘中GPS测量技术的运用

庄健宏

（汕头市潮阳区规划测绘大队）

1 引言

GPS即全球定位系统，是一种基于卫星的无线电导航定位系统，由全球通信卫星和接收设备组成。为用户提供精确的三维坐标、时间信息和导航。随着地球的数字化进程，微型电子技术和地理信息系统技术取得重大进展，卫星导航定位理论日趋成熟。传统的工程测量技术已不能满足当前工程精度的要求。随着测量技术的发展，传统的测量工具逐渐被高效率、高精度的GPS测量技术取代。

2 GPS测量技术的特点

2.1 GPS具有定位精度高的特点

通过对GPS测量技术在工程中的应用研究表明，在静态相对稳定的状态下，它可以在50km以内的基线实现1×10-6～2×10-6的定位准确度，如果其基线范围从100～500km，然后准确定位它可以达到10-7～10-8，随着GPS技术的不断发展、更新和发展，如果基线范围超过2000km，定位精度可优于10-9还高。在实时差分定位和实时定位中，GPS测量技术定位精度可以达到分米或厘米。能满足工程测量和测绘的所有精度需要。

2.2 GPS测量技术的自动化程度很高，而且操作简单

工程测绘的自动化程度非常重要，它直接关系到测绘的工作效率。在应用GPS测量技术和操作GPS测量技术的过程中，该技术具有自动化程度高、操作简单的特点，操作人员只需使用仪器仪表进行数据的收集、测量，监测仪表的开关和其工作状态，GPS系统中的设备可以自动捕获卫星并跟踪观测项目以及记录等。观察项目结束后，操作人员只需关闭电源开关即可。

2.3 GPS技术的观测时间较短

GPS可用于实时导航定位，这对高动态运动载体的导航就特别重要的。利用GPS接收机静态相对定位时（边长小于15km），在1h内采集数据即可获得定位精度。两台机器可以测量至少4基线。如果使用快速静态定位模式，则将使用双频接收器。本机只需要采集约5min时间；对于单频接收机，只要它能观察5个卫星也只需要收集约15min的时间。可见，利用GPS技术建立控制该网络大大缩短了观测时间，提高了运行效益。随着GPS系统的不断完善，随着不断更新的软件和硬件，在20km的静态相对定位只有15～20min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站分离在15hm，移动站的观测时间只需1～2min。

3 GPS测量技术在工程测绘中的应用

3.1 精密工程应用

GPS测量精度高，它除了广泛应用于一般工程测量外，在精密工程中广泛使用。特别是近年来在桥梁工程、道路工程、隧道工程及管道工程的建设中，发挥十分重要的作用。比如隧道控制测量的使用，在工作面两端或工作面中部开挖隧道，启动基准测量方向控制隧道开挖方向，以确保隧道贯通精度。如果你使用传统的测量方法，由于要求控制点必须通视，受施工机械设备、支撑结构影响，会导致测量工作变得十分复杂，而GPS测量的技术的应用，使用测量工作变更十分简单，因此，在隧道工程控制测量中，GPS精密定位技术的应用非常广泛。GPS测量技术在精密工程应用主要以控制测量为主，常用的技术是静态GPS控制网，由两个或两个以上均匀分布的已知点，和均匀的三角形构成的网（如图1）。

图1

3.2 GPS在水下地形测绘中的应用

水下地形图可应用于以下几个方面：码头建设、海洋资源开发、海港建设等。测量水下地形图，当绘制体积时，首先测量平面的位置，然后测量水的深度。相反，传统的测绘工程，主要是利用测深仪来测量水深。在测量水深时，应用的原理主要是超声波的工作原理。关于水位测量和水深测量是同时进行的，验潮仪是测量的。这样做的目的是使被测水的深度更为精确。事实上，最后一项是测量水面以下地形的高度。经纬仪或三电平转发器仪器是主要用于测量平面位置的仪器。这些设备具有相同的特性，就是操作特别复杂，条件要求特别高，而且使用起来非常困难。随着生活条件的改善，GPS测量技术也得到了相应的推广和应用，GPS测量技术可以解决平面位置测量问题，但规模大。水下地形测绘采用差分GPS定位系统。

水下地形测量的主要任务是确定水下某一点的泥面标高，即该点的平面坐标（X，Y）和泥面标高H。

传统的水下地形测量方法一般采用全站仪等方法定位，确定其平面坐标（x，y），而泥面标高h则需要通过验潮求得。计算水面标高h0时，一般至少需要三个验潮站，如果验潮站少于3个或验潮站在测点的同一侧，则需要利用有关模型才能计算出测点的水面标高h0（如图2）。通过验潮可求得水面标高h0，

图2

若测深仪换能器离水面的深度为h1，且由测深仪测得换能器至水底泥面的高度h2，则可求得测点的泥面标高h为：

若采用RTK GPS实时相位差分技术，将GPS天线架设在测深仪换能器的垂直上方，可实时求得厘米级的GPS天线的三维坐标（x，y，h）；即已知GPS天线的标高h3，GPS天线至换能器的高度为h4，则测点的泥面标高h为：

这样我们不用通过验潮改正，就可直接得到水底泥面的三维坐标，所有过程都由计算机软件自动完成，工作效率成数倍的提高。

3.3 工程变形监测中的应用

工程变形是工程建设中经常遇到的问题，通常包括人为因素、建筑物或地壳的变形、建筑物的位移等。由于GPS测量在三维定位中的应用它具有精度高的优点，因而成为监测各种工程变形的一种非常有效的测量工作手段。近年来，建筑地下空间利率越来越高，地下三层及以上的超深基坑（开挖深度超过10m）频繁设计建设，基坑支护结构的安全关系到项目建设的成败，这就需要对基坑支护结构进行变形监测，包括支护结构的水平位移和沉降观测等。传统的监测方式是人工采用经纬仪或全站仪定时观测、收集数据，然后输入电脑进行分析，工作量非常大，又受人为因素的影响，精度普遍不高，且须收集的数据较多，测量时间较长，数据生成滞后。采用GPS测量技术进行变形观测，通过在设计的观测点埋设数据收集模块，实时采集观测点的三维坐标、时间参数等信息，直接传输到电脑，通过软件模拟生成基坑支护结构的三维立体模形，可实现全天候数据采集与分析，变形超标直接报警，可确保基坑工程的施工安全，大大减少变形观测的工作量。

4 结束语

通过以上分析，我们可以得出结论，GPS测量技术在工程测绘中应用，一方可以大大提高工程测绘的精度、准确度和有效性；另一方面，它对提高工作效率、降低劳动强度。对保证工程施工质量、保障工程施工安全、节约工程施工成本等方面均具有重要的现实意义。

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