鄭長海

（北京原祓注冊(cè)安全工程師事務(wù)所有限公司，北京 100166）

1 引言

GPS測量技術(shù)是一種以GPS技術(shù)為依托的工程測量手段，具備高度自動(dòng)化、高精度的特點(diǎn)，由于優(yōu)勢十分明顯，越來越受到測量工作者的關(guān)注。工程測量涵蓋工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)階段、施工階段與管理階段，在工程建設(shè)過程中有著不可替代的地位，此外，其對(duì)于測量手段的要求較高，必須要具備很高的精度，因此，探討工程測量中GPS測量技術(shù)并研究其實(shí)際應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 GPS測量技術(shù)概述

GPS是全球定位系統(tǒng)Global Positioning System的簡稱，是新型衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，GPS最初研制是軍事運(yùn)用，研制時(shí)間地點(diǎn)是在20世紀(jì)70年代的美國，在20世紀(jì)90年代時(shí)才得以全面建成，可以實(shí)現(xiàn)海、陸、空全面實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，并且實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)的定位。GPS系統(tǒng)的組成包含三大部分，一部分是空間部分，即GPS衛(wèi)星星座，第二部分是地面控制部分，也就是GPS系統(tǒng)當(dāng)中的地面監(jiān)控系統(tǒng)，還有一部分是用戶設(shè)備部分，主要作用是用來接收GPS信號(hào)，GPS測量技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)提供出精確的三維坐標(biāo)，由點(diǎn)、線、面三種要素構(gòu)成，具備精準(zhǔn)度高、高效性等特點(diǎn)，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，目前GPS技術(shù)已經(jīng)不單單用在軍事上，還用在民用交通導(dǎo)航、土地測量、野外考察、日常生活等多個(gè)領(lǐng)域。

目前，隨著通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，GPS與通信技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了高效的結(jié)合，三維坐標(biāo)的測定從原來的靜態(tài)逐漸變?yōu)閯?dòng)態(tài)，定位與導(dǎo)航也開始變成了實(shí)時(shí)測量，不再需要通過數(shù)據(jù)處理而得到，GPS技術(shù)的廣度與深度都得到了極大擴(kuò)展。目前，GPS技術(shù)在地形、土地的測量中應(yīng)用十分廣泛，同時(shí)，在一些工程、地表沉陷等的監(jiān)測中，也有著十分廣泛的應(yīng)用。

3 GPS測量技術(shù)及特點(diǎn)分析

3.1 GPS定位技術(shù)

GPS定位技術(shù)是GPS測量技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛，也是最基礎(chǔ)的技術(shù)之一，GPS定位技術(shù)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)為用戶提供準(zhǔn)確的位置信息服務(wù)，其主要原理是通過GPS接收機(jī)將信號(hào)接收過來，在誤差處理之后進(jìn)行計(jì)算，從而得到準(zhǔn)確的位置信息，隨后，將位置信息傳輸?shù)竭B接的設(shè)備當(dāng)中，相關(guān)設(shè)備會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行計(jì)算與變化，最后再傳輸給移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)定位功能。GPS定位技術(shù)主要分為三種，一種是基于Cell ID定位技術(shù)，主要是通過基站的Cell信息來定位到用戶所在的位置，精度受基站分布與覆蓋情況的影響；一種是基于AFLT的定位技術(shù)，也就是Advanced Forward Link Trilateration技術(shù)，該技術(shù)是CDMA特有技術(shù)，通過監(jiān)聽基站導(dǎo)頻信息、利用碼片的方式，在三角定位法的計(jì)算下得到最終的定位位置；最后一種是基于AGPS的定位技術(shù)，主要通過無線網(wǎng)絡(luò)的輔助來完成定位功能。

3.2 GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指的是通過計(jì)算機(jī)的虛擬仿真功能，生成一種新型的模擬環(huán)境，屬于一門交叉技術(shù)前沿領(lǐng)域，通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的三維立體化、模擬化。GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指的是測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)結(jié)合之后，虛構(gòu)出十分逼真的工程測繪環(huán)境，然后進(jìn)行實(shí)地測繪，同時(shí)，還能及時(shí)通過三維圖形的方式將測繪流程以及一些安全重點(diǎn)顯現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，在一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜、惡劣的區(qū)域，GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛也十分必要。而且，GPS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠查找并完善測量方案中出現(xiàn)的不足，確保測量技術(shù)應(yīng)用的精準(zhǔn)度，目前GPS虛擬技術(shù)的應(yīng)用也十分廣泛，是GPS測量技術(shù)中十分重要的組成部分。

3.3 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法Real-time kinematic的簡稱，是新型的GPS測量方法，與以往的靜態(tài)測量、動(dòng)態(tài)測量以及快速靜態(tài)測量方法不同，RTK技術(shù)不需要在測量后進(jìn)行解算，而是能夠?qū)崟r(shí)得到厘米級(jí)定位精度，主要采用的方法是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分法，在GPS應(yīng)用的過程中，具備重要意義，在工程放樣、地形測圖等環(huán)節(jié)得到了極大的應(yīng)用，在很大程度上提升了外業(yè)作業(yè)效率[1]。RTK技術(shù)具備作業(yè)自動(dòng)化、測繪功能極佳等特點(diǎn)，在測繪內(nèi)業(yè)、外業(yè)的應(yīng)用上都能夠很好的勝任，可以減少輔助測量工作，降低人為誤差，同時(shí)，RTK技術(shù)的作業(yè)條件要求比較低，受通視條件、節(jié)氣、可見度等因素的影響較小，在一些難通視地區(qū)或者是惡劣天氣依然可以達(dá)到極高的作業(yè)效率。最后，RTK技術(shù)的操作難度較低，對(duì)數(shù)據(jù)的處理十分迅速、準(zhǔn)確。

3.4 GPS測量技術(shù)的特點(diǎn)

3.4.1 快速定位

GPS技術(shù)是一種先進(jìn)的技術(shù)手段，其每一項(xiàng)配置都比較完善，在定位時(shí)采用的是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式，定位速度快，而且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，提供三維坐標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用的過程中效率較高。同時(shí)，觀測站之間不需要通視，在選點(diǎn)上可以更加靈活，但是需要注意確保觀測站上空的開闊性，以免影響到GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收。

3.4.2 全天候觀測

GPS技術(shù)的特點(diǎn)決定了GPS的觀測可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間下實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測，而且通常情況下也不會(huì)受天氣狀況的影響。而且，GPS測量技術(shù)的觀測時(shí)間非常短，GPS控制網(wǎng)下各觀測站的觀測時(shí)間一般在30min左右，通常都不會(huì)超過40min，如果在觀測時(shí)選擇快速靜態(tài)定位法，將會(huì)進(jìn)一步縮短GPS測量技術(shù)的觀測時(shí)間。

3.4.3 定位精度高

定位精度高是GPS測量技術(shù)的主要特點(diǎn)，一般情況下，雙頻GPS接收機(jī)的精度約為5mm+1×D，與紅外儀表的5mm+5×D相比，精度不相上下，但是在長距離定位上，GPS定位精度的優(yōu)越性會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來，距離越長越能夠顯現(xiàn)出GPS定位的高精度、高準(zhǔn)確性等特點(diǎn)。

3.4.4 操作簡單、便捷

GPS測量技術(shù)目前具備極高的自動(dòng)化程度，在GPS接收機(jī)的發(fā)展上，越來越趨向于操作簡單化、體積小型化，在進(jìn)行觀測時(shí)，只需要對(duì)中天線并進(jìn)行整平，在掌握天線高度之后將電源打開，GPS測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)觀測，自動(dòng)接收到測量信息，從而得到被測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，為觀測工作帶來了極大的便利。

4 GPS測量技術(shù)在工程測量中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 測定水下地形圖

在海洋資源開發(fā)利用中，需要應(yīng)用GPS測量技術(shù)來測定水下地形圖，首先需要采用三維測定的方式對(duì)海洋水資源的深度與平面的位置進(jìn)行測定，然后通過微機(jī)繪制出水下地形圖，在GPS測量技術(shù)的應(yīng)用下，水下地形圖的精確度非常高，對(duì)于海洋資源開發(fā)工程而言具有重要作用。傳統(tǒng)水深的測定都是通過測探儀來實(shí)現(xiàn)，還必須要結(jié)合潮位儀進(jìn)行測定，傳統(tǒng)的平面位置確定通常要使用經(jīng)外測距儀、經(jīng)緯儀等無線電定位設(shè)備，一整套測量設(shè)備不僅繁重而且操作起來極其復(fù)雜，對(duì)于外界條件的要求也比較高，具備很大的局限性[2]。而利用實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)可以將潮位儀、測探儀、測距儀等儀器連接起來，形成一套完善的水下測繪系統(tǒng)，首先通過DGPS接收機(jī)將GPS衛(wèi)星信號(hào)接收進(jìn)來，然后接收差分基站的信號(hào)，之后通過對(duì)基臺(tái)的利用對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和校正，進(jìn)一步降低和修正測量誤差。

4.2 海上工程測量定位

后處理差分GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大比例尺的測繪，還可以進(jìn)行海上工程的測量定位，功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過差分基站的GPS接收機(jī)與船站的GPS接收機(jī)，這兩樣設(shè)備是不可缺少的，通過兩個(gè)站點(diǎn)的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)同衛(wèi)星組導(dǎo)航信號(hào)的同步測量，然后經(jīng)由基站的處理得到校正值，對(duì)測量后的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)修正。后處理差分GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)在技術(shù)要求上，需要差分基站與船站的當(dāng)天記錄和處理不得少于3個(gè)同衛(wèi)星信號(hào)與數(shù)據(jù)的接收，然后將所有信號(hào)與數(shù)據(jù)拷貝到同一臺(tái)計(jì)算機(jī)當(dāng)中進(jìn)行處理，之后，應(yīng)用后差分軟件進(jìn)行修正，同時(shí)，根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)法校正GPS的觀測數(shù)據(jù)，從而得到精確的地理坐標(biāo)。近些年來，隨著我國資源短缺問題的不斷深化，海洋資源開發(fā)利用已經(jīng)成為一個(gè)重要的能源開發(fā)項(xiàng)目，海上工程也變得越來越多，因此，后處理差分GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用十分重要。

4.3 施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)測量

工程測量中的水準(zhǔn)測量是重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的測量技術(shù)都是在實(shí)地預(yù)測不嚴(yán)密的情況下進(jìn)行測量，這樣的測量結(jié)果具備一定的不準(zhǔn)確性，水準(zhǔn)點(diǎn)的距離普遍偏遠(yuǎn)一些，給施工帶來了較大的難度。在GPS測量技術(shù)的施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)測量指的是，應(yīng)用GPS接收機(jī)采集GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)，從而確定施工的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，其作業(yè)流程主要包括天線的安置、GPS接收機(jī)的運(yùn)用以及對(duì)觀測內(nèi)容進(jìn)行記錄等。需要根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)要求中的觀測計(jì)劃進(jìn)行外業(yè)觀測，以便更好地將進(jìn)程協(xié)調(diào)完成，提升外業(yè)觀測的整體效率，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，在一些大型公路工程測量工作中，就可以運(yùn)用GPS測量技術(shù)進(jìn)行地形測量，通過衛(wèi)星同步照片了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛驳?，測量出施工臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。

4.4 地籍與房地產(chǎn)測繪

地籍與房地產(chǎn)測繪中GPS測量技術(shù)的應(yīng)用主要是RTK技術(shù)的應(yīng)用，在分析GPS觀測數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理之后，可以將這些數(shù)據(jù)直接錄入到GIS系統(tǒng)當(dāng)中，從而獲取精準(zhǔn)的定位圖。如果地區(qū)處于衛(wèi)星遮蔽地帶，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位，可以利用一些測量儀器通過圖解法來實(shí)現(xiàn)對(duì)該地域的細(xì)致化測量，例如全站儀、經(jīng)緯儀等。在房地產(chǎn)測繪中，RTK技術(shù)主要應(yīng)用在地質(zhì)勘測上，RTK技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)界樁位置的精準(zhǔn)測定，還可以在勘測放樣、量算之后，將土地的使用范圍、使用面積等信息準(zhǔn)確測定出來[3]。另外，RTK技術(shù)還廣泛應(yīng)用于土地利用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，不僅具備高精準(zhǔn)度的優(yōu)勢，還能夠節(jié)省成本，降低施工時(shí)間，對(duì)于土地利用情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測起著重要的基礎(chǔ)作用。

4.5 橋梁、隧道工程測繪

隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁、隧道工程變得越來越多，但是由于橋梁、隧道工程建設(shè)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)具備很大的局限性，不僅容易被外界因素干擾，測量工作量與時(shí)間都無法得到保障，而且測量精度也相對(duì)較低。一般情況下，在大型橋梁工程中，工程跨越的地域面十分廣泛，很難實(shí)現(xiàn)兩岸通視，在一些大型隧道工程中，隧道的長度比較長，受地勢等因素的影響，隧道內(nèi)會(huì)存在一些彎道，也無法達(dá)到兩岸通視，這就為測量工作帶來了極大的不便，傳統(tǒng)測量方式很難實(shí)現(xiàn)有效測量。而GPS測量技術(shù)受外界因素干擾較小，精準(zhǔn)度較高，在橋梁、隧道工程的測繪中具備良好的應(yīng)用效果，能夠降低成本，提升工程的施工進(jìn)度，提高測量的精準(zhǔn)度。

4.6 形變工程測繪

在工程建設(shè)的過程中，工程變形問題屬于比較常見的問題，一般情況下，都是人為因素導(dǎo)致，一旦出現(xiàn)形變問題，不僅會(huì)拖延施工進(jìn)度、提升施工成本，還有可能會(huì)出現(xiàn)安全事故，因此，形變控制是工程建設(shè)過程中的重要內(nèi)容。在工程測量中，形變測量是十分重要的，GPS測量技術(shù)的高測繪精度在形變測量中的優(yōu)勢十分明顯，通過GPS測量技術(shù)獲取測量信息的分析，可以有效找到形變控制方法。例如，在水電站大壩建設(shè)的過程中，受到水負(fù)荷壓力的影響，很容易導(dǎo)致大壩出現(xiàn)形變，不利于大壩的正常運(yùn)行，這時(shí)，就可以利用GPS測量技術(shù)對(duì)大壩進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，并且要連續(xù)性檢測，水電站的監(jiān)測人員選擇一個(gè)最佳的基準(zhǔn)站，然后在大壩變形區(qū)域內(nèi)選擇合適的監(jiān)測點(diǎn)并安裝GPS接收機(jī)，這樣就能實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體的實(shí)時(shí)監(jiān)測，但是需要注意的是，基準(zhǔn)站的建立必須要遠(yuǎn)離壩體。

5 結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)工程測量中GPS測量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了深入探討，由于GPS技術(shù)具備較大的優(yōu)勢，因此，目前在工程測量過程中的應(yīng)用是十分廣泛的，GPS能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位與實(shí)時(shí)定位、全天候觀測，并且定位精度較高、操作起來十分簡便，在眾多領(lǐng)域都有著重要作用。隨著工程建設(shè)項(xiàng)目的增多，工程測量中GPS測量技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，因此，必須要加強(qiáng)對(duì)GPS測量技術(shù)的研究，從而推動(dòng)我國工程測量技術(shù)的發(fā)展。