莊健宏

（汕頭市潮陽(yáng)區(qū)規(guī)劃測(cè)繪大隊(duì)）

1 引言

GPS即全球定位系統(tǒng)，是一種基于衛(wèi)星的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由全球通信衛(wèi)星和接收設(shè)備組成。為用戶提供精確的三維坐標(biāo)、時(shí)間信息和導(dǎo)航。隨著地球的數(shù)字化進(jìn)程，微型電子技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)取得重大進(jìn)展，衛(wèi)星導(dǎo)航定位理論日趨成熟。傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)已不能滿足當(dāng)前工程精度的要求。隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)量工具逐漸被高效率、高精度的GPS測(cè)量技術(shù)取代。

2 GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 GPS具有定位精度高的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)在工程中的應(yīng)用研究表明，在靜態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，它可以在50km以?xún)?nèi)的基線實(shí)現(xiàn)1×10-6～2×10-6的定位準(zhǔn)確度，如果其基線范圍從100～500km，然后準(zhǔn)確定位它可以達(dá)到10-7～10-8，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展、更新和發(fā)展，如果基線范圍超過(guò)2000km，定位精度可優(yōu)于10-9還高。在實(shí)時(shí)差分定位和實(shí)時(shí)定位中，GPS測(cè)量技術(shù)定位精度可以達(dá)到分米或厘米。能滿足工程測(cè)量和測(cè)繪的所有精度需要。

2.2 GPS測(cè)量技術(shù)的自動(dòng)化程度很高，而且操作簡(jiǎn)單

工程測(cè)繪的自動(dòng)化程度非常重要，它直接關(guān)系到測(cè)繪的工作效率。在應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)和操作GPS測(cè)量技術(shù)的過(guò)程中，該技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，操作人員只需使用儀器儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、測(cè)量，監(jiān)測(cè)儀表的開(kāi)關(guān)和其工作狀態(tài)，GPS系統(tǒng)中的設(shè)備可以自動(dòng)捕獲衛(wèi)星并跟蹤觀測(cè)項(xiàng)目以及記錄等。觀察項(xiàng)目結(jié)束后，操作人員只需關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)即可。

2.3 GPS技術(shù)的觀測(cè)時(shí)間較短

GPS可用于實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位，這對(duì)高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航就特別重要的。利用GPS接收機(jī)靜態(tài)相對(duì)定位時(shí)（邊長(zhǎng)小于15km），在1h內(nèi)采集數(shù)據(jù)即可獲得定位精度。兩臺(tái)機(jī)器可以測(cè)量至少4基線。如果使用快速靜態(tài)定位模式，則將使用雙頻接收器。本機(jī)只需要采集約5min時(shí)間；對(duì)于單頻接收機(jī)，只要它能觀察5個(gè)衛(wèi)星也只需要收集約15min的時(shí)間?？梢?jiàn)，利用GPS技術(shù)建立控制該網(wǎng)絡(luò)大大縮短了觀測(cè)時(shí)間，提高了運(yùn)行效益。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，隨著不斷更新的軟件和硬件，在20km的靜態(tài)相對(duì)定位只有15～20min；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站分離在15hm，移動(dòng)站的觀測(cè)時(shí)間只需1～2min。

3 GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1 精密工程應(yīng)用

GPS測(cè)量精度高，它除了廣泛應(yīng)用于一般工程測(cè)量外，在精密工程中廣泛使用。特別是近年來(lái)在橋梁工程、道路工程、隧道工程及管道工程的建設(shè)中，發(fā)揮十分重要的作用。比如隧道控制測(cè)量的使用，在工作面兩端或工作面中部開(kāi)挖隧道，啟動(dòng)基準(zhǔn)測(cè)量方向控制隧道開(kāi)挖方向，以確保隧道貫通精度。如果你使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，由于要求控制點(diǎn)必須通視，受施工機(jī)械設(shè)備、支撐結(jié)構(gòu)影響，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量工作變得十分復(fù)雜，而GPS測(cè)量的技術(shù)的應(yīng)用，使用測(cè)量工作變更十分簡(jiǎn)單，因此，在隧道工程控制測(cè)量中，GPS精密定位技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。GPS測(cè)量技術(shù)在精密工程應(yīng)用主要以控制測(cè)量為主，常用的技術(shù)是靜態(tài)GPS控制網(wǎng)，由兩個(gè)或兩個(gè)以上均勻分布的已知點(diǎn)，和均勻的三角形構(gòu)成的網(wǎng)（如圖1）。

圖1

3.2 GPS在水下地形測(cè)繪中的應(yīng)用

水下地形圖可應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：碼頭建設(shè)、海洋資源開(kāi)發(fā)、海港建設(shè)等。測(cè)量水下地形圖，當(dāng)繪制體積時(shí)，首先測(cè)量平面的位置，然后測(cè)量水的深度。相反，傳統(tǒng)的測(cè)繪工程，主要是利用測(cè)深儀來(lái)測(cè)量水深。在測(cè)量水深時(shí)，應(yīng)用的原理主要是超聲波的工作原理。關(guān)于水位測(cè)量和水深測(cè)量是同時(shí)進(jìn)行的，驗(yàn)潮儀是測(cè)量的。這樣做的目的是使被測(cè)水的深度更為精確。事實(shí)上，最后一項(xiàng)是測(cè)量水面以下地形的高度。經(jīng)緯儀或三電平轉(zhuǎn)發(fā)器儀器是主要用于測(cè)量平面位置的儀器。這些設(shè)備具有相同的特性，就是操作特別復(fù)雜，條件要求特別高，而且使用起來(lái)非常困難。隨著生活條件的改善，GPS測(cè)量技術(shù)也得到了相應(yīng)的推廣和應(yīng)用，GPS測(cè)量技術(shù)可以解決平面位置測(cè)量問(wèn)題，但規(guī)模大。水下地形測(cè)繪采用差分GPS定位系統(tǒng)。

水下地形測(cè)量的主要任務(wù)是確定水下某一點(diǎn)的泥面標(biāo)高，即該點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）和泥面標(biāo)高H。

傳統(tǒng)的水下地形測(cè)量方法一般采用全站儀等方法定位，確定其平面坐標(biāo)（x，y），而泥面標(biāo)高h(yuǎn)則需要通過(guò)驗(yàn)潮求得。計(jì)算水面標(biāo)高h(yuǎn)0時(shí)，一般至少需要三個(gè)驗(yàn)潮站，如果驗(yàn)潮站少于3個(gè)或驗(yàn)潮站在測(cè)點(diǎn)的同一側(cè)，則需要利用有關(guān)模型才能計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的水面標(biāo)高h(yuǎn)0（如圖2）。通過(guò)驗(yàn)潮可求得水面標(biāo)高h(yuǎn)0，

圖2

若測(cè)深儀換能器離水面的深度為h1，且由測(cè)深儀測(cè)得換能器至水底泥面的高度h2，則可求得測(cè)點(diǎn)的泥面標(biāo)高h(yuǎn)為：

若采用RTK GPS實(shí)時(shí)相位差分技術(shù)，將GPS天線架設(shè)在測(cè)深儀換能器的垂直上方，可實(shí)時(shí)求得厘米級(jí)的GPS天線的三維坐標(biāo)（x，y，h）；即已知GPS天線的標(biāo)高h(yuǎn)3，GPS天線至換能器的高度為h4，則測(cè)點(diǎn)的泥面標(biāo)高h(yuǎn)為：

這樣我們不用通過(guò)驗(yàn)潮改正，就可直接得到水底泥面的三維坐標(biāo)，所有過(guò)程都由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)完成，工作效率成數(shù)倍的提高。

3.3 工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

工程變形是工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，通常包括人為因素、建筑物或地殼的變形、建筑物的位移等。由于GPS測(cè)量在三維定位中的應(yīng)用它具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，因而成為監(jiān)測(cè)各種工程變形的一種非常有效的測(cè)量工作手段。近年來(lái)，建筑地下空間利率越來(lái)越高，地下三層及以上的超深基坑（開(kāi)挖深度超過(guò)10m）頻繁設(shè)計(jì)建設(shè)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全關(guān)系到項(xiàng)目建設(shè)的成敗，這就需要對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，包括支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移和沉降觀測(cè)等。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式是人工采用經(jīng)緯儀或全站儀定時(shí)觀測(cè)、收集數(shù)據(jù)，然后輸入電腦進(jìn)行分析，工作量非常大，又受人為因素的影響，精度普遍不高，且須收集的數(shù)據(jù)較多，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)生成滯后。采用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行變形觀測(cè)，通過(guò)在設(shè)計(jì)的觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)數(shù)據(jù)收集模塊，實(shí)時(shí)采集觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)、時(shí)間參數(shù)等信息，直接傳輸?shù)诫娔X，通過(guò)軟件模擬生成基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維立體模形，可實(shí)現(xiàn)全天候數(shù)據(jù)采集與分析，變形超標(biāo)直接報(bào)警，可確?；庸こ痰氖┕ぐ踩?，大大減少變形觀測(cè)的工作量。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，我們可以得出結(jié)論，GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中應(yīng)用，一方可以大大提高工程測(cè)繪的精度、準(zhǔn)確度和有效性；另一方面，它對(duì)提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)保證工程施工質(zhì)量、保障工程施工安全、節(jié)約工程施工成本等方面均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]劉書(shū)良.GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2011（2）：13～17.

[2]何名杰.GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用及特點(diǎn)[J].科技風(fēng)，2010（4）：212～214.

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[4]王真祥，胡國(guó)棟.DGPSRTK技術(shù)在無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量中的應(yīng)用初探[J].海洋技術(shù)，2001.