GPS测量技术在工程测绘中的应用探讨

李亚新

摘 要：目前，GPS技术已经广泛应用于大地测量、工程测量、控制测量、地籍测量、精密工程测量以及车辆、船舶及飞机导航等方面。尤其是实时动态（GPS-RTK）测量技术的应用，更显示了全球卫星定位系统的强大生命力。该文主要探讨GPS测量技术在工程测绘中的应用。

关键词：GPS测量技术 工程测绘 定位

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-0-01

GPS测量定位分绝对定位和相对定位。采用单机绝对定位测量是不需要任何测绘控制点，但考虑到差分计算的要求以及将GPS数据与其他调查成果进行GIS数据叠加配准时，需要进行坐标转换，测区内必须有一定数据的测绘控制点。如果测区内已有足够数量的WGS84坐标系下的GPS控制区和国家坐标系控制点，这些点可以完全满足利用GPS测量调查的需要。

1 GPS测量技术

1.1 差分GPS的概念

差分GPS（DGPS）定位技术是将一台或多台GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。GPS定位中存在着三部分误差：一是多台接收机公有的误差；二是传播延迟误差；三是接收机固有的误差。采用差分技术可以完全消除第一部分误差，可大部分消除第二部分误差（视基准站至用户的距离）。结构松散，抗剪强度和抗风化能力低，在水作用下容易发生变化的松散覆盖层、黄土、黏土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等是滑坡的易发生物质基础。岩土力学强度较弱与较坚硬岩层互层结构的碎屑岩组亦利于滑坡的形成。岩土体中的各种结构面，包括节理、裂隙、层理面、岩性界面、平行和垂直的陡倾构造面及顺坡缓倾的构造面都是产生滑坡的内在条件。这些结构面的种类、软弱性、展布范围、密集程度，特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系，对斜坡稳定起着很大作用。一般来说，结构面张开性较好或者破裂面和软弱夹层的抗剪强度较两侧岩土低，它们在空间的组合常成为斜坡变形破坏的滑动面。结构面延伸越长，贯穿性越好，其危害越大。在各种结构面中，延伸范围较大的是层面、不整合面、断层面等。

1.2 实时动态定位测量技术

实时动态（Real Time Kinematics简称RTK）定位测量技术，也称载波相位差分技术。是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。该项技术的基本原理是在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线传输设备，实时地发送给用户观测站。在流动站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时，通过无线传输接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

2 GPS观测数据处理

GPS数据预处理是对原始观测数据进行编辑、加工与整理、分流出各种专用的信息文件，为进一步的平差计算做准备。从原始记录中，通过解码将各项数据分类整理，剔除无效观测值和信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和测站信息文件等，然后进行观测数据的平滑、滤波、周跳探测、载波相位观测值的修复以及对观测值进行各项必要的改正。观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节。所以当观测结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核和评价，以便及时发现不合格的数据，并根据情况采取淘汰或重测、补测措施。同步观测数据的检核，主要指观测数据的剔除和观测值的残差之差。应用GPS技术进行土地利用调查控制测量，首先应对原始观测数据进行预处理，解算出各基线向量，然后再对同步观测数据进行检核、重复边的检核以及环闭合差的检核，并且3种检核应满足现行GPS测量规范的精度指标要求。观测数据预处理完毕之后，根据预处理所获得的标准化数据文件，便可以观测数据的平差计算。以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差作为观测信息，以一个点的WGS-84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的三维无约束平差。

3 GPS测量技术在工程测绘中的应用

GPS沉桩定位系统采用我公司研制的“GPS打桩定位系统”。该系统采用GPS-RTK模式、免棱镜测距仪、测倾仪、锤击计数器等先进的定位和传感设备，能直接可靠地确定桩身位置和桩顶标高，所有的定位数据以图像和数字形式显示在打桩船操作室的电脑的屏幕上，能准确地反映出施打桩的设计桩中坐标、桩顶标高、平面扭角、倾斜坡度和当前施打桩的实时位置的桩中坐标偏差、桩顶标高偏差、平面扭角偏差、实时倾斜坡度、实时贯入度等。便于操作人员进行对照比较，调整船体，准确定位。根据我公司在杭州湾跨海大桥工程、东海大桥工程、洋山港港区码头工程中的实际应用效果，证明该系统的定位精度能够满足《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）要求。实时动态定位方式进行地籍碎部测量具有非常明显的优势：一是采点速度快，在保持卫星连续跟踪的情况下，一般单点测量仅需几秒钟，与全站仪相当。但是在以基准站为中心方圆20 km内，既不需要变换基准站，也不需要图根控制点，更不需要定向，这就减少了全站仪频繁换站所花费的时间，且可以使多个流动站同时工作，而互不影响。通过实践比较，在相同的时间内，1台流动站大约是1台全站仪工作效率的1.5倍。

3.1 监测工程变形中 GPS 的应用

打桩船GPS沉桩定位具体过程如下：由3台固定在打桩船上的GPS流动站以RTK模式（动态），结合相应的打桩软件，进行实时控制船体的位置、方向和姿态。桩身的倾斜度由桩架控制。桩顶标高由安装在龙口后方的摄像机及测距仪实时测定，同时由 “锤击计数器”记录沉桩时的锤击数，自动进行沉桩贯入度的计算，并显示在系统计算机屏幕上。在定位过程中，要注意实时检查“海工工程远距离GPS沉桩定位系统”中的3台Trimble5700GPS接收天线之间的夹角误差、距离误差、高差误差及三台GPS接收机的RTK状态的质量因子等是否符合相应的规范要求。

3.2 水下地形测绘中 GPS 的应用

当GPS定位系统由于出现信号接收问题而无法正常定位时，采用常规的方法进行定位。具体过程如下：岸上设置全站仪、经纬仪各1台，两台仪器先用经纬仪模式进行前方交会定位，定位好了再用全站仪测坐标法进行桩位校核。

4 结语

为方便卫星GPS定位测量沉桩，将根据业主提供的基线基点，选择地基牢固、方便管理的位置，采用静态测量布设高精度的GPS参考站，以确保本工程顺利沉桩和施工质量。在测量中，测量工作者能够根据导航监视器进行修正航向，在测量、定位时，计算机系统能够自动进行记录，并保存在硬盘或者软盘中。

参考文献

[1] 潘建华.测绘新技术在工程测量中的应用[J].科海故事博览·科技探索，2012（5）.