工程测绘中GPS测量技术的应用探析
马兴建+袁涛
摘要：随着现代科学发展速度的不断加快，GPS技术作为先进的导航、定位技术，相比传统测量技术，其优势显著。工程测绘中合理应用GPS测量技术，不仅能够确保测量结果的准确性、真实性，还能有效缩短测量时间，加快施工进度，提高施工效率。
关键词：工程测绘；GPS测量技术；概况
伴随工程建设规模的不断扩大，为实现良好的社会效益及经济效益，必须重视工程测绘工作，降低测量误差，切实提高测量水平。现阶段，GPS测量技术在工程测绘中得到了广泛应用，但在其测量质量不断提升的同时，仍存在诸多不足之处，不利于工程测绘质量的提升，应从精确定位、外业观测等各方面加强应用效果，将其合理应用于工程施工之中，注重设备操作应用，全面提升工程施工质量。
1 GPS的概况
上世纪50年代末，GPS逐步投入使用。早期主要用于军方收集情报、监测核爆及应急通讯等。随着科学技术水平的不断提升，该技术应用越来越广泛，并开始用于工程测绘、导航、天文、通讯等多个领域。空间星座、地面监控及用户设备是构成GPS系统的主要成分，其中，空间星座部分是GPS卫星的核心部分，其卫星数量为24颗，工作卫星为21颗，备用卫星为3颗。通过合理布局，能够确保随时随地都可观测到4颗以上卫星。如将全向遥测遥控天线装到星体两端面，可实现和地面监控网之间的通信。为保证卫星高度、角度准确无误，并能与卫星可見地面对准，需将姿态控制系统、轨道控制系统合理安装到卫星，以此达到良好效果。通过GPS系统工作原理可见，星载时钟精确度直接决定定位精度，也就是说不断提高星载时钟精确度，则其定位精度越准。地面监控的构成部分主要包含主控站、地面天线站及监测站，其中主控站为1个，地面天线站为4个，监测站为6个，为确保能够有效应对紧急情况，也有一个备用主控站。GPS接收机即为用户设备，主要用在接收到GPS卫星信号后，通过该信息，对用户所在三维位置、时间进行准确计算。
GPS的功能包含精确定时、工程测量、勘探测绘、导航等，将其用于工程测绘，具有高效、快速、省时、全天候等优势。可通过GPS进行各类工程控制网的建立，并能进行航测外控点的准确测定。特别是工程量大、施工周期长的项目，选取常规测量方法不仅会大大增加布网难度，还无法实现精度需求。为此，目前工程施工中，往往通过GPS技术进行高精度控制网的建立，且辅以常规手段加密布设导线。长期实践得出，GPS测量技术的运用，可大大提升测量精度，缩短工期，具有显著的经济、社会效益。
2工程测绘中GPS测量技术的应用
工程测绘工作涵盖内容较多，对其测量结果精度要求较高。作为一种先进、应用范围较广的测绘技术，GPS测量技术的应用，不仅不受天气等外界因素的影响，还具有较高测量精准度。目前GPS测量技术在工程测绘中主要用于以下几个方面：
2.1定位技术的应用
工程测绘选用GPS测量技术，如通过载波相位定位，时间可控制在20min以内，误差可控制在5mm以下。如选取快速定位法，也可在0.1m以内控制误差。工程测绘中GPS定位技术可对所有几何、物理知识充分利用，利用GPS系统功能，如地面接收装置等，全面定位所需测绘物体的各个角度。目前，主要选取静态相对定位、实时动态相对定位两种方式用于工程测绘施工，其中较为简单的为静态相对定位方法，其所需地面接收装置较多，根据既定方法排成基线，实时监测时间为45min，由相关专业人士处理获取的数据，即可得到定位数据。实时动态相对定位过程中，需进行载波相对观测量的设置，且控制点相对较多，基本控制基站可选取其中最为精确的点位，利用地面连接的接收装置不间断地监测被测量物体。
为达到三维定位，要求GPS接收机同一时刻获取4颗卫星信号，而误差要求极为严格，精度极高的情况下，则需同时接收5颗以上卫星信号才能满足三维定位需求。因24颗卫星构成GPS系统，通常情况下，接收到7颗卫星信号要求水平角超过10°，若定位位置地形复杂，存有阻碍物，如山、建筑物等，这种情况下，将大大减少接收到的卫星信号，此时必须充分结合惯性导航技术，才能满足测量需求。
2.2虚拟现实技术的应用
传统工程测绘工作必须通过人工实施，不仅具有较大误差，还存在安全风险。特别是地质环境极为复杂的情况，工程测绘难度更大、危险性更高。如选取GPS虚拟现实技术创设附近环境，不仅能够真实展现虚拟环境，还能减小误差，降低危险。利用计算机、虚拟现实技术，可快速、真实地模拟测绘整个过程，同时通过三维图像展现到人们面前。
2.3外业观测
外业观测是指可选用GPS接收机接收卫星信号，整个过程可分三步，天线安装一接收机操作一观测记录。外业观测对其设备要求较高，只有设备选择得当，才能加快外业观测进度，才能提高工作效率及测量精度。
为满足定位精度要求，天线安装必须准确无误，要求做好对中、整平、定向等工作。且严格按照仪器使用说明书合理操作接收机。当前GPS接收机具有极高自动化性能，仅需按相应按键即可完成自动测量作业，且可实现实时记录，大大降低了操作量。目前可选取接收机自动生成的方式进行观测记录，可直接在机载存储器内记录保存，为后期调用等提供便利。
为保证外业观测质量，必须检查核对观测结果，完成观测后，应及时对数据进行核查，如发现问题，需及时进行补测。如选取常规传统测量技术进行水准点测量，因水准点距离远，控制难度大，进而加大误差。通常都会选择500到1000m作为水准点的间距，距离越远，施工难度也越大，此时必须进行测量及确定临时水准点，观测前必须先进行观测计划的制定，通过GPS测量技术得到相应的卫星图片，全面剖析整个工程，并与实地考察结果相结合，进行临时水准点的设定。
在三维定位方面GPS测量技术具有极高精度，因此在工程变形监测方面可选用GPS测量技术，不仅能够保证工程变形监测具有较高精度，还对监测工作自动化极为有利。如工程变形监测时，基准站应选择与监测位置较远的地方，随后将多个监测点设置到变形区。且将GPS接收机分别安设到基准站与监测点，以此实现自动不间断地观测。除此之外，还可利用数据传输技术，自动向数据传输中心随时传递监测数据，并做好处理、分析及显示。
3结束语
综上所述，在经济全球化浪潮冲击下，我国建设领域也产生了一定变化，必须不断提升工程测绘水平，在保证工程建设质量的前提下，实现良好的经济效益。GPS测量技术在工程测绘中的应用，提高了测量精度，加强对于施工进度、成本及质量的有效控制。由于工程施工规模大、周期长，具有一定的复杂性及系统性，测绘工作难度相对较大，而GPS测量技术的应用为各项工作的开展提供了可靠依据，可大大提升工程建设质量。
