孟 愛 青

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

·測(cè)量·

基于GPS的動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

孟 愛 青

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

闡述了GPS在工程測(cè)量中所具有的優(yōu)勢(shì)，介紹了GPS(RTK)系統(tǒng)的主要組成部分，依據(jù)GPS測(cè)量應(yīng)遵循的原理，對(duì)GPS(RTK)配合全站儀具體施測(cè)的操作流程及其應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了分析研究，以推動(dòng)GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

GPS，實(shí)時(shí)測(cè)量，動(dòng)態(tài)測(cè)量，三維坐標(biāo)

RTK(Real Time Kinematic)作為一項(xiàng)組合系統(tǒng)，它包括了GPS測(cè)量定位技術(shù)、無(wú)線電技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，它推動(dòng)了GPS測(cè)量技術(shù)新的發(fā)展和進(jìn)步。RTK能實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)，而且定位的準(zhǔn)確度極高，誤差都是隨機(jī)偶然誤差，不會(huì)累積。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的基本工作原理是：將GPS接收機(jī)安裝在某個(gè)基準(zhǔn)站，連續(xù)觀測(cè)能見的GPS衛(wèi)星，以無(wú)線電傳輸設(shè)備作為數(shù)據(jù)傳送工具，確保用戶觀測(cè)站隨時(shí)獲取信息；在用戶觀測(cè)站，GPS接收機(jī)既接收基準(zhǔn)站的傳輸數(shù)據(jù)，又能接收衛(wèi)星信號(hào)，從而精準(zhǔn)的反映流動(dòng)站的三維坐標(biāo)值。

1 GPS在工程測(cè)量中的優(yōu)點(diǎn)

GPS作為一種優(yōu)越的定位系統(tǒng)，在汽車導(dǎo)航、物流運(yùn)輸、資源勘探、水利建設(shè)、鐵路建設(shè)、災(zāi)后救援等方面都發(fā)揮了無(wú)比重要的作用。在工程測(cè)量中，它相比于其他測(cè)量方式更為優(yōu)越，GPS點(diǎn)標(biāo)志在測(cè)量中也發(fā)揮了重要的作用。GPS在測(cè)量中所具有的優(yōu)點(diǎn)分析如下：

1)GPS方格網(wǎng)的測(cè)量精度指標(biāo)是點(diǎn)位中誤差，更優(yōu)于相對(duì)中誤差。

2)在大型的工程測(cè)量方案中，布設(shè)大地控制網(wǎng)時(shí)，若采用GPS方法，由于圖形的強(qiáng)度系數(shù)較高，可以大大提高點(diǎn)位的趨近速度，更有利于網(wǎng)形的優(yōu)化。

3)GPS測(cè)設(shè)方格網(wǎng)時(shí)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，可以靈活選取點(diǎn)的疏密和邊的長(zhǎng)短，同時(shí)它也解決了點(diǎn)位之間無(wú)法通視的困難，還可以保證在外施行測(cè)量方案時(shí)不受天氣影響。

4)GPS方格網(wǎng)的誤差分布很均勻，能夠滿足常規(guī)測(cè)量的規(guī)范要求。與此同時(shí)，它的點(diǎn)位精度也很高，具有較大的精度儲(chǔ)備。

5)GPS-RTK相比于其他方法，效率更高，更具有自主性，可以減少勞動(dòng)力的消耗，流動(dòng)站也可以由單人完成作業(yè)。

2 GPS(RTK)系統(tǒng)的構(gòu)成

GPS(RTK)系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，包括無(wú)線電通信系統(tǒng)、流動(dòng)站以及基準(zhǔn)站。其中，流動(dòng)站包含了流動(dòng)站控制器、電源、無(wú)線電通訊接聽系統(tǒng)、GPS天線以及GPS接收機(jī)等?；鶞?zhǔn)站涵蓋了基準(zhǔn)站控制器、為無(wú)線電臺(tái)和GPS接收機(jī)提供能量的電源、無(wú)線電通訊發(fā)射系統(tǒng)、GPS天線以及GPS接收機(jī)等。

3 GPS(RTK)工程測(cè)量遵循的基本原理

用戶接收部分、空間衛(wèi)星部分以及地面監(jiān)控部分共同構(gòu)成了完整的GPS系統(tǒng)，各功能間相互區(qū)別、相互聯(lián)系，共同構(gòu)成了一個(gè)統(tǒng)一的整體。就靜態(tài)GPS測(cè)量系統(tǒng)而言，要確保觀測(cè)效果的實(shí)時(shí)性，就必須擁有兩臺(tái)或者以上數(shù)量的接收機(jī)，各接收機(jī)接收的數(shù)據(jù)會(huì)存在細(xì)微的差別，后期用軟件處理的方式能將WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的基線向量進(jìn)行準(zhǔn)確顯示，在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、平差等工作以后，三維坐標(biāo)即可求出。最后結(jié)果無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)獲取。圖1是對(duì)RTK實(shí)時(shí)相對(duì)定位原理的簡(jiǎn)單展示。

基準(zhǔn)站接收到的衛(wèi)星信號(hào)要及時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞到流動(dòng)站，就要依靠無(wú)線電通信系統(tǒng)，流動(dòng)站能及時(shí)接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而且基準(zhǔn)站傳遞的衛(wèi)星數(shù)據(jù)它也能接收。在初始工作完成以后，流動(dòng)站能及時(shí)將基準(zhǔn)站信息傳遞到控制器，從而對(duì)這些載波進(jìn)行差分處理，最終計(jì)算出未知點(diǎn)的具體三維坐標(biāo)。

4 GPS(RTK)配合全站儀的具體施測(cè)過程

第一步就是對(duì)作業(yè)流程進(jìn)行規(guī)定，圖2即為該測(cè)區(qū)的作業(yè)流程圖。

RTK的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵守以下操作原則：

1)應(yīng)在測(cè)區(qū)中央位置架設(shè)基準(zhǔn)站，而且要始終保持基準(zhǔn)站距離無(wú)線電發(fā)射塔和高壓線至少50 m。已知點(diǎn)確定以后，應(yīng)在此基礎(chǔ)上校正點(diǎn)位，確保RTK的準(zhǔn)確、可靠。2)要確?；鶞?zhǔn)站儀器平整、精確，對(duì)中要控制在1 mm以內(nèi)，而整平精度要保持在半格以內(nèi)。3)15°是接收機(jī)接收衛(wèi)星的理想高度角。4)在確定基準(zhǔn)站天線高度時(shí)應(yīng)在不同的三個(gè)方向反復(fù)測(cè)量，確保互差小于3 mm，天線高度應(yīng)為三次平均值。

對(duì)流動(dòng)站的技術(shù)要求規(guī)范：

1)不小于13°是最佳衛(wèi)星高度角。2)至少觀測(cè)5顆以上的衛(wèi)星數(shù)。3)選擇流動(dòng)站位置時(shí)要謹(jǐn)慎，盡量將其控制在轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，在不超過基準(zhǔn)參考站10 km的位置架設(shè)。4)在進(jìn)行觀測(cè)工作以前，要認(rèn)真檢測(cè)已測(cè)點(diǎn)或者已知點(diǎn)，確保準(zhǔn)確。5)進(jìn)行測(cè)量時(shí)必須保證RTK處于固定狀態(tài)。6)測(cè)點(diǎn)相對(duì)圖根點(diǎn)的相對(duì)中誤差不得大于圖上0.12 mm(實(shí)地20 cm)。7)在選用RTK為圖根點(diǎn)確定方法時(shí)，要盡可能選擇易于儀器操作和搬運(yùn)且實(shí)現(xiàn)良好的地方，所以，理想的圖根點(diǎn)位置為十字路口或者平房區(qū)，為了檢測(cè)方便，要確定后視點(diǎn)。

全站儀的基本操作流程：1)盡可能整平對(duì)中，將對(duì)中偏差控制在1 mm以內(nèi)；2)全站儀啟動(dòng)后，打開文件管理界面，新建文件夾，將文件儲(chǔ)存在該文件夾下；3)在檢核過程中，將后視點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，進(jìn)行點(diǎn)收集的基本前提是偏差在可控范圍內(nèi)，否則，要對(duì)具體原因進(jìn)行調(diào)查；4)對(duì)碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜集和整理。

特別要強(qiáng)調(diào)的事項(xiàng)：1)要分清盤左盤右，始終在一個(gè)方向觀測(cè)一個(gè)測(cè)站；2)一旦觸碰到測(cè)站儀器，就需立即校正。

5 結(jié)語(yǔ)

GPS作為一種優(yōu)越的定位系統(tǒng)，在工程測(cè)量中，有著顯著的優(yōu)勢(shì)。本文主要研究和探討了GPS(RTK)系統(tǒng)的組成，GPS(RTK)工程測(cè)量基本原理，GPS(RTK)配合全站儀的施測(cè)過程，有利于推動(dòng)GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)新的發(fā)展和進(jìn)步。

[1] 高井祥.數(shù)字測(cè)圖原理與方法[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.

[2] 尤秋陽(yáng).GPS RTK技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用[M].武漢：測(cè)繪信息與工程出版社,2003.

On application of GPS dynamic measurement technique in civil projects

MENG Ai-qing

(TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

The paper illustrates the advantages of GPS in engineering measurement, introduces the main components of GPS (RTK) system, and analyzes and researches the operation procedures and precautions for the GPS with cooperation of total station, so as to enhance the development and progress of GPS dynamic measurement technique.

GPS, timely measurement, dynamic measurement, 3D coordinate

1009-6825(2014)30-0219-02

2014-08-18

孟愛青(1958- )，女，高級(jí)工程師

P228.4

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