苗新毅

(太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃測(cè)量中心，山西太原 030002)

全球定位系統(tǒng)(GPS)是利用衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)時(shí)測(cè)距和測(cè)時(shí)構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由三個(gè)獨(dú)立的部分組成，即空間星座部分、地面控制部分和用戶接收部分。GPS系統(tǒng)即建成以后，之所以能快速地得到發(fā)展，是由于該系統(tǒng)具有的高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡單、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，它能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點(diǎn)、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息。目前，GPS測(cè)量技術(shù)正在我國工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，從布設(shè)測(cè)量控制網(wǎng)、進(jìn)行陸地和水下地形圖測(cè)繪到施工放樣定位、變形監(jiān)測(cè)等方面都有著GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)階段GPS技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，使得GPS定位的方法從靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，從數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實(shí)時(shí)的定位與導(dǎo)航，這極大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用廣度和深度。特別是GPS RTK定位技術(shù)的出現(xiàn)，使得相對(duì)定位的精度有了很大的提高，在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級(jí)精度。此外由于GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)測(cè)點(diǎn)間地通視和幾何圖形等方面的要求比常規(guī)測(cè)量方法更加靈活、方便，已完全可以用來施測(cè)各種等級(jí)的控制網(wǎng)。

1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)形式

1.1 GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)

網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)就是根據(jù)網(wǎng)的用途和用戶要求，確定具體的布網(wǎng)觀測(cè)方案，其核心是如何高質(zhì)量低成本地完成既定的測(cè)量任務(wù)。在進(jìn)行GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要顧及測(cè)站選址、衛(wèi)星選擇、儀器設(shè)備裝置、經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、人力及后勤交通保障等因素;當(dāng)網(wǎng)點(diǎn)位置、接收機(jī)數(shù)量確定以后，網(wǎng)的設(shè)計(jì)就主要體現(xiàn)在觀測(cè)時(shí)間的確定、網(wǎng)形構(gòu)造及各點(diǎn)設(shè)站觀測(cè)的次數(shù)等方面。

設(shè)計(jì)的一般原則如下:

1)為了確保GPS控制網(wǎng)的可靠性，同時(shí)能有效地檢查和發(fā)現(xiàn)觀測(cè)結(jié)果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中的獨(dú)立邊構(gòu)成一定的幾何閉合圖形。這種閉合圖形，可以是由數(shù)條GPS獨(dú)立邊構(gòu)成的非同步多邊形，如三角形、四邊形或多邊形。當(dāng)GPS網(wǎng)中有若干個(gè)起算點(diǎn)時(shí)，也可以是由兩個(gè)起算點(diǎn)之間的數(shù)條GPS獨(dú)立邊構(gòu)成的附合路線。但無論是閉合環(huán)路或附合路線，所包含的獨(dú)立邊數(shù)不宜過多。

2)考慮到要沿用原有的測(cè)繪成果，應(yīng)該盡量采用原有的地方或工程坐標(biāo)系統(tǒng)，因此，GPS網(wǎng)點(diǎn)要盡量與原有的地面控制網(wǎng)點(diǎn)相重合。重合點(diǎn)數(shù)應(yīng)多于3個(gè)，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3)GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)考慮與水準(zhǔn)點(diǎn)相重合，而非重合點(diǎn)一般應(yīng)根據(jù)要求以水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)，因此，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通方便的地方。

4)在GPS網(wǎng)中不應(yīng)有自由基線，因?yàn)樽杂苫€不具備檢查和發(fā)現(xiàn)觀測(cè)結(jié)果中粗差的能力。

5)為了便于用常規(guī)方法聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展，C，D，E級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)有1個(gè)～2個(gè)方向通視。

1.2 GPS網(wǎng)的基本形式

根據(jù)GPS測(cè)量的不同用途，GPS網(wǎng)中同步圖形的連接方式通常有點(diǎn)連接、邊連接和網(wǎng)連接三種基本方式。而在實(shí)際應(yīng)用中，又往往采用混合連接方式、星形布設(shè)方式、導(dǎo)線連接方式和三角鎖連接方式。

2 GPS在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

某建筑小區(qū)內(nèi)的三座樓由于城市規(guī)劃的需要，需進(jìn)行實(shí)地的放樣和變形監(jiān)測(cè)。組織人員分別用GPS和全站儀進(jìn)行測(cè)量，然后再進(jìn)行測(cè)量精度的對(duì)比。表1是建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)地放樣工作是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成的。

變形監(jiān)測(cè)部分是在此建筑建至地上1層時(shí)完成的。首先在離變形區(qū)適當(dāng)距離的穩(wěn)定地方選擇一基準(zhǔn)點(diǎn)，作為GPS觀測(cè)的基準(zhǔn)站;選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意點(diǎn)位周圍天空無障礙物，無強(qiáng)烈反射無線電波的金屬或其他障礙物或大范圍水面，應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電臺(tái)、高壓線等影響接收信號(hào)效果的各種不利因素。通過在各個(gè)樓角上架設(shè)GPS RTK作為流動(dòng)站進(jìn)行10 min的靜態(tài)觀測(cè)，得出了新的觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得出了表2的測(cè)量數(shù)據(jù)。用全站儀進(jìn)行常規(guī)方法測(cè)量，首先在已知控制點(diǎn)D1上架設(shè)全站儀，然后以已知控制點(diǎn)D2為后視點(diǎn)，通過對(duì)每個(gè)樓角進(jìn)行觀測(cè)得出坐標(biāo)數(shù)據(jù);然后在D2點(diǎn)上架設(shè)全站儀，以D3點(diǎn)為后視點(diǎn)進(jìn)行其他觀測(cè)角的觀測(cè);最后在D3點(diǎn)上架設(shè)全站儀，以D1為后視點(diǎn)，進(jìn)行最后觀測(cè)(見表3);由于三個(gè)已知控制點(diǎn)本身存在的誤差及人員觀測(cè)的誤差，得出了表4的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

表1是某建筑小區(qū)內(nèi)某三座樓的測(cè)量數(shù)據(jù)。

表1 某建筑的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

用拓普康GPS RTK測(cè)的數(shù)據(jù)與建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相比之差在10 mm之內(nèi)。

由此可以看出，從效率上分析，用GPS RTK測(cè)量時(shí)只需少量的控制點(diǎn)，在建立一個(gè)基準(zhǔn)站后，其數(shù)據(jù)鏈可以控制幾千米到幾十千米。而且不需要經(jīng)常遷站，節(jié)省了時(shí)間。另一方面，用RTK測(cè)量時(shí)，一般一組只需1人～2人，投入的人員少，節(jié)省了人力。而用全站儀一組則要配3人～4人，因此，用RTK可以提高測(cè)量效率。

表2 某建筑用拓普康GPS RTK測(cè)量的數(shù)據(jù)

表3 某建筑工地內(nèi)控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)

表4 某建筑用拓普康全站儀測(cè)量的數(shù)據(jù)

從精度上分析，把用兩種方法測(cè)得的坐標(biāo)結(jié)果進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)用全站儀觀測(cè)所得的結(jié)果精度較低，這是因?yàn)閺木壬戏治?，由于GPS測(cè)量不存在誤差積累問題，所以其相鄰點(diǎn)的點(diǎn)位誤差相互獨(dú)立，不積累、不傳播。因此用GPS可以完成高精度的變形監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的原理及其布網(wǎng)形式和特點(diǎn)進(jìn)行簡要的概述，并對(duì)其在工程測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了分析，得到了以下結(jié)論:

1)作為一種高精度定位技術(shù)，GPS測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域，不僅提高了工作效率，而且?guī)砹丝陀^的經(jīng)濟(jì)效益。其技術(shù)的先進(jìn)性、優(yōu)越性已經(jīng)在某些方面取代了以測(cè)角、測(cè)距為主體的常規(guī)測(cè)量技術(shù)，其應(yīng)用及開發(fā)的前景十分廣闊。

2)GPS網(wǎng)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)布設(shè)目的確定，如果起算點(diǎn)分布過于集中，會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)離起算點(diǎn)的點(diǎn)位精度有所降低，在建立控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)使起算點(diǎn)分布均勻;同時(shí)為了減少遮擋，點(diǎn)位應(yīng)選在開闊地區(qū)。在網(wǎng)點(diǎn)個(gè)數(shù)確定的情況下，增加GPS邊的調(diào)試，增加異步環(huán)的個(gè)數(shù)，有利于提高網(wǎng)的精度和可靠性。

［1］ 牛洪柳.GPS-RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用研究［J］.山西 建筑，2012，38(3):222-223.