高一民

太原市測繪研究院 山西 太原 030002

目前，GPS測繪技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為工程測繪領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)手段。為進一步促進GPS測繪技術(shù)良好應(yīng)用，工程測繪領(lǐng)域工作人員應(yīng)該準確掌握GPS測繪技術(shù)原理以及具體流程，進一步實現(xiàn)高質(zhì)量工程測繪目標。

1 GPS測繪技術(shù)原理以及優(yōu)勢分析

1.1 技術(shù)原理

GPS技術(shù)可以理解為：通過在測區(qū)范圍內(nèi)放置衛(wèi)星信號接收設(shè)備，確保接收機可以同時接收地球衛(wèi)星發(fā)送的信號。并采取科學合理的處理方式將已知信息數(shù)據(jù)，一般多指衛(wèi)星信號傳播時間以及信號發(fā)出距離等信息數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到特定計算公式當中，獲取接收機三維實時空間坐標。測繪人員可根據(jù)空間坐標數(shù)據(jù)科學構(gòu)建工程控制網(wǎng)，并結(jié)合實際情況對三維立體坐標體系進行繪制應(yīng)用[1]。

1.2 優(yōu)勢分析

GPS測繪技術(shù)在應(yīng)用過程中可以體現(xiàn)出以下優(yōu)勢特點：

1) 實時性特點。相對于傳統(tǒng)靜態(tài)相對定位技術(shù)，GPS技術(shù)可以在短時間內(nèi)獲取測點位置數(shù)據(jù)，所表現(xiàn)出的實時性特征十分明顯。

2) 全天候特點。GPS系統(tǒng)一般多具備全天候?qū)Ш蕉ㄎ还δ?，在測繪使用過程中，基本上不會受到氣候因素以及工程地質(zhì)因素等影響而出現(xiàn)測繪精度不高的問題，可實現(xiàn)24h全天候測繪目標。

3) 操作簡單。開展工程測繪工作時，測繪人員只需要在觀測點位置裝GPS接收機等相關(guān)設(shè)備就可以完成衛(wèi)星信號捕捉以及跟蹤觀測等一系列操作流程。整個測繪過程中，所表現(xiàn)出的抗干擾性較強且操作簡單[2]。

4) 測站無需通視。使用GPS技術(shù)及相關(guān)設(shè)備時，測繪人員只需要將測站角度保持在15°以上，且滿足上空區(qū)域相對開闊條件，基本上就可以達到工程測繪標準要求。在測繪過程中，測繪人員無需與相鄰測站保持通視狀態(tài)，就可以達到預(yù)期測繪目的。以下是GPS相對定位模式動態(tài)模擬圖：

圖1 GPS相對定位模式動態(tài)模擬圖

2 GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用要點及流程分析

2.1 科學部署測繪方案

測繪人員可根據(jù)工程測繪項目實際情況明確GPS測繪精度要求，在此基礎(chǔ)上，科學選擇基準點位置，并確定網(wǎng)形設(shè)置方式。與此同時，在觀測選址方面，建議測繪人員應(yīng)該盡量將測繪點設(shè)置在視野相對開闊的位置當中，并且該位置所涉及到的障礙物數(shù)量相對較少，以切實增強測繪效能。需要注意的是，測繪人員還應(yīng)該將測點盡量設(shè)置在平面相對較高的區(qū)域范圍當中，在設(shè)置之前應(yīng)該對地面穩(wěn)定性進行重點檢查。如若不滿足條件，應(yīng)及時進行硬化平整處理。上述工作結(jié)束之后，測繪人員應(yīng)該科學確定觀測時間。

GPS技術(shù)所具備的全天候特點比較明顯。在具體應(yīng)用過程中，建議測繪人員應(yīng)該綜合考慮場地氣候條件以及GPS衛(wèi)星軌跡等影響因素，對觀測時間進行合理確定。除此之外，在觀測方法的選擇上，測繪人員應(yīng)該結(jié)合工程測繪項目類型選擇合適的方法進行觀測分析。舉例而言，對于地基位移沉降監(jiān)測作業(yè)而言，建議測繪人員應(yīng)該優(yōu)先采取水準測繪方式，在周圍區(qū)域合理設(shè)置基準點。之后，在各個基準點位置安裝GPS接收機等重要裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋結(jié)果掌握地基結(jié)構(gòu)實時位移量以及沉降量變化情況[3]。

2.2 外業(yè)測繪

GPS測繪技術(shù)的推廣應(yīng)用為建筑外業(yè)測繪工作提供了良好的數(shù)據(jù)保障。在具體應(yīng)用過程中，測繪人員可根據(jù)建筑外業(yè)測繪需求，選擇合適的操作方式進行處理。以準動態(tài)定位方式為例，測繪人員需要提前在測區(qū)位置設(shè)置1處基準點，并完成信號機安裝工作。安裝工作結(jié)束之后，開始對GPS信號進行全過程跟蹤與觀測處理。在此過程中，測繪人員可根據(jù)各站觀測作業(yè)情況，完成對衛(wèi)星信號的跟蹤定位，避免出現(xiàn)信號失鎖或者丟失問題。如果衛(wèi)星信號出現(xiàn)失鎖問題，測繪人員需要將失鎖流動點觀測時間進行適當延長，如可以延長2min左右。

2.3 數(shù)據(jù)采集及處理

對于GPS數(shù)據(jù)采集與處理環(huán)節(jié)而言，測繪人員需要對測繪數(shù)據(jù)提前做好備份處理。并通過開展一系列預(yù)處理操作，減少人為因素以及環(huán)境因素對測繪數(shù)據(jù)精度帶來的負面影響。在此基礎(chǔ)上，測繪人員應(yīng)該結(jié)合三維坐標以及已知高程點數(shù)量等重要信息，完成對測繪數(shù)據(jù)精確度的評估分析。分析結(jié)束之后，將測繪數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件當中進行整合應(yīng)用。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，測繪人員應(yīng)該根據(jù)測繪需求運用網(wǎng)平差結(jié)算法以及基線結(jié)算法實現(xiàn)對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的整合優(yōu)化。

不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式，網(wǎng)平差結(jié)算法以及基線結(jié)算法可以消除人為因素帶來的誤差影響，具有重要的應(yīng)用價值。除此之外，為進一步保障數(shù)據(jù)測繪精確度，測繪人員也可以采取靜態(tài)測繪與快速靜態(tài)測繪技術(shù)相結(jié)合的方法，實現(xiàn)對GPS信號的解譯處理。如果二者最終的測繪數(shù)值偏差過大，那么就可以認為測繪過程中可能受到點位位置影響。針對于此，建議測繪人員應(yīng)該及時優(yōu)化處理測繪數(shù)據(jù)。并結(jié)合實際情況調(diào)整觀測時段，消除誤差影響[4]。

2.4 構(gòu)建工程控制網(wǎng)

為持續(xù)提升建筑工程測繪水平，測繪人員可結(jié)合項目實際情況確定工程控制網(wǎng)網(wǎng)型以及精度內(nèi)容。在構(gòu)建分析過程中，測繪人員應(yīng)該嚴格遵循分級布網(wǎng)以及逐級控制等原則要求，進一步增強工程控制網(wǎng)體系的精確度與質(zhì)量效果。與此同時，在前期部署規(guī)劃過程中，測繪人員應(yīng)該針對選位以及埋石作業(yè)進行重點處理。如可以在適當位置埋設(shè)若干數(shù)量標石，按照GPS控制網(wǎng)體系要求優(yōu)先選擇載波相位靜態(tài)差分技術(shù)，高質(zhì)量完成測繪作業(yè)。需要注意的是，所測得的數(shù)據(jù)精度必須嚴格控制在毫米級范圍之內(nèi)。

3 GPS測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用實踐分析

3.1 工程變形監(jiān)控

部分工程項目容易受到施工因素以及環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形問題。如外在因素對構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷影響，或者地殼自身變形以及運動作用過程對建筑結(jié)構(gòu)造成損傷影響，像重大建筑物以及橋梁等建筑結(jié)構(gòu)均容易受到不穩(wěn)定因素影響而出現(xiàn)沉降、變形等一系列損傷問題。如果單純采取肉眼觀察方式完成對結(jié)構(gòu)變形問題的觀測分析，一般很難達到預(yù)期效果。

而通過利用GPS測繪技術(shù)則可以對結(jié)構(gòu)變形問題以及狀態(tài)表現(xiàn)進行長時間不間斷監(jiān)控，施工人員可根據(jù)測繪數(shù)據(jù)反饋情況，采取科學合理的措施手段加以應(yīng)對。在具體實現(xiàn)過程中，相關(guān)人員可以將GPS測繪設(shè)備應(yīng)用于施工現(xiàn)場當中，完成對建筑位移情況的精準判斷。當建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問題時，GPS測繪設(shè)備會發(fā)出異常信號，施工人員接收到相關(guān)信號之后，應(yīng)及時采取預(yù)先設(shè)定好的應(yīng)對措施加以補救處理[5]。

3.2 國土測繪

國土測量定界是一項科技服務(wù)性工作，它主要是為適應(yīng)農(nóng)村土地規(guī)劃、征收、農(nóng)用地改變、出讓、耕地開發(fā)與整理、耕地復(fù)墾、城市土地利用建設(shè)管理等方面的國土資源利用需要，為滿足國土資源部門的用地審查和地籍管理工作需求，通過實地調(diào)繪城市土地利用狀況、劃分耕地利用區(qū)域、測算土地面積、確定界址定位等工作提供精確和科學的基本數(shù)據(jù)信息資源。它是通過一種技術(shù)手段，來保障政府正確、合理、科學地批準建設(shè)項目的用地的服務(wù)性工作。在國土測量定界中運用GPS等現(xiàn)代測量技術(shù)，有效提高了國土測繪工作的效率，同時提高了國土測繪結(jié)果的精確性與準確度。

3.3 城市測繪

近些年來，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進程的持續(xù)推進，政府相關(guān)部門對于城市基礎(chǔ)建設(shè)測繪發(fā)展問題予以了高度重視。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，城市基礎(chǔ)建設(shè)除了涉及城市規(guī)劃問題之外，還涉及地質(zhì)勘測問題。為確保城市基礎(chǔ)建設(shè)工程測繪精確度，相關(guān)人員通過利用GPS系統(tǒng)對城市地形以及路網(wǎng)分布等重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行動態(tài)獲取。與傳統(tǒng)單一測量方法不同，GPS系統(tǒng)通過與RTK測量技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，基本上可以擺脫傳統(tǒng)點與點之間通視距離帶來的限制影響，測量數(shù)值較為精確。最主要的是，相關(guān)人員可通過利用RTK測量技術(shù)完成實時動態(tài)差分析過程，根據(jù)分析反饋結(jié)果對城市控制網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行精準獲取[6]。

3.4 礦山測量

GPS技術(shù)在礦山測量領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用優(yōu)勢相對明顯。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，礦山測量過程會受到地形地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，測量難度較大。目前，為實現(xiàn)礦山高精度測量目標，相關(guān)人員主要通過利用GPS測繪技術(shù)完成對礦山建設(shè)區(qū)域工程地質(zhì)條件、水文條件等重要影響因素的測繪分析。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析反饋結(jié)果，對當前礦山施工建設(shè)是否存在安全風險問題進行提前判斷，并制定科學合理的應(yīng)對措施。除此之外，為進一步增強GPS測繪技術(shù)應(yīng)用精度，相關(guān)人員可通過結(jié)合RTK測量技術(shù)進一步加強對礦山建設(shè)區(qū)域施工作業(yè)活動以及現(xiàn)場環(huán)境安全問題的測繪分析。結(jié)合應(yīng)用反饋情況來看，這種結(jié)合技術(shù)方式已經(jīng)在地質(zhì)測量、鉆孔施工以及探井等建設(shè)領(lǐng)域中取得了良好應(yīng)用效果[7]。

4 GPS測繪技術(shù)在工程測繪領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢分析

為實現(xiàn)GPS測繪技術(shù)高質(zhì)量應(yīng)用目標，建議在今后的發(fā)展過程中，行業(yè)內(nèi)部研究人員應(yīng)該加強對GPS測繪技術(shù)應(yīng)用趨勢問題的研究分析。

4.1 GPS網(wǎng)絡(luò)

GPS網(wǎng)絡(luò)主要可以理解為工程建設(shè)測控網(wǎng)絡(luò)，在運行應(yīng)用過程中，主要可以根據(jù)作用對象以及作用范圍的不同細化分為城市GPS網(wǎng)絡(luò)、礦井GPS網(wǎng)絡(luò)以及道路橋梁GPS網(wǎng)絡(luò)等多種形式。在技術(shù)實現(xiàn)過程中，可通過利用靜態(tài)GPS技術(shù)實現(xiàn)對精密工程建設(shè)測控網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)應(yīng)用，已完成對災(zāi)害點、礦井以及建筑群等風險問題的監(jiān)測分析。

與單純GPS測繪技術(shù)相比而言，GPS網(wǎng)絡(luò)控制范圍更寬泛，在控制范圍上從單個工程建設(shè)網(wǎng)可以擴展到全國乃至全球。與此同時，GPS網(wǎng)絡(luò)觀測時間較短，可以在短時間內(nèi)完成動態(tài)監(jiān)測以及反應(yīng)過程，利于工作人員快速應(yīng)對工程安全風險問題。除此之外，GPS網(wǎng)絡(luò)精確度較高，在工程監(jiān)測領(lǐng)域所表現(xiàn)出的監(jiān)測精度可滿足微米級標準，利于為工程結(jié)構(gòu)變形等測繪工作提供良好的數(shù)據(jù)決策支持。

4.2 GPS高精度數(shù)據(jù)處理

GPS高精度數(shù)據(jù)處理基本上可以視為GPS測繪技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢。對于精密單點定位系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)信息預(yù)處理成果在一定程度上會對精密單點定位系統(tǒng)精確度以及安全效果產(chǎn)生直接影響。而如何保障數(shù)據(jù)信息預(yù)處理效果始終是相關(guān)人員予以重點關(guān)注的問題。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，可通過利用GPS技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息預(yù)處理過程的優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合GPS技術(shù)定位功能對相位觀察中發(fā)生的周跳問題進行精準定位。在具體實現(xiàn)過程中，相關(guān)人員可對每個發(fā)生周跳的區(qū)域添加模糊度量參數(shù)，再利用參數(shù)估計方式進行研究分析。在數(shù)據(jù)處理階段，主要可以圍繞傳輸與編碼、統(tǒng)計監(jiān)測與編輯等重要內(nèi)容進行數(shù)據(jù)處理與分析。

4.3 GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

GPS測繪技術(shù)在使用過程中容易受到周邊環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)測繪精度不高的問題。為有效解決這一問題，GPS測繪技術(shù)可通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)完成對復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域工程測量工作的有效處理。如可以通過依托于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互作用以及高精度特點，創(chuàng)建三維空間虛擬環(huán)境。

在具體應(yīng)用過程中，GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以應(yīng)用于國土測繪等工作領(lǐng)域當中。如相關(guān)人員可通過結(jié)合國土調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建GPS三維模型。在GPS三維模型中，可對全國國土資源現(xiàn)狀進行模擬分析。利用人機交互以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，對特定區(qū)域國土資源發(fā)展情況進行動態(tài)模擬與分析。通過不斷減少外業(yè)作業(yè)，保障國土測繪精度得以深化加強。除此之外，在城市測繪工作的過程中，相關(guān)人員可利用GPS虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建城市三維虛擬環(huán)境。

在研究分析過程中，可重點針對城市地理實體以及現(xiàn)象進行動態(tài)展示。其中，城市建設(shè)管理部門可利用三維實景對當前城市動態(tài)變化情況進行實時監(jiān)測。而在礦山測量領(lǐng)域中，相關(guān)人員可通過理由虛擬現(xiàn)實技術(shù)對礦山地質(zhì)體及地形地貌進行三維模擬與分析。如相關(guān)人員可以創(chuàng)設(shè)礦山虛擬環(huán)境，所以當前礦山工程地質(zhì)情況以及施工風險問題進行模擬分析。根據(jù)工程實時變化情況，對工程施工建設(shè)可能遇到的安全隱患問題進行提前排查與綜合治理。

5 結(jié)語

總而言之，合理運用GPS測繪技術(shù)基本上可以實現(xiàn)對工程結(jié)構(gòu)變形等重要測繪數(shù)據(jù)的動態(tài)獲取與分析，保障工程測繪工作科學貫徹與落實。針對于此，建議在今后的應(yīng)用發(fā)展過程中，相關(guān)研究人員應(yīng)該加強對GPS測繪技術(shù)應(yīng)用問題的升級優(yōu)化。盡量從多個角度對當前GPS測繪技術(shù)存在的質(zhì)量短板問題進行及時補齊，以期可以進一步為工程測繪工作提供良好保障。除此之外，現(xiàn)場測繪人員在操作使用GPS測繪設(shè)備時，應(yīng)該嚴格按照GPS測繪技術(shù)使用步驟以及注意事項要求，避免出現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)誤差或者其他風險問題。相信在全體人員的不斷努力下，GPS測繪技術(shù)在工程測繪領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用優(yōu)勢將會越來越明顯，為實現(xiàn)工程測繪高質(zhì)量發(fā)展目標夯實保障。