GPS测绘技术在工程测绘中的应用探讨

邹震

【摘要】在以往传统的测绘中极易受到自然环境因素的影响，且大多由人工来进行作业、工作量大且难度系数较高，在实际测绘过程中需要耗费大量的人力和时间，且测绘结果的准确性也不高。随着现代科技的不断发展与创新，GPS技术在多个领域取得了良好的应用效果，使工程测绘精度得到有效提升，进一步推动了工程建设质量水平的提高。论文先简单介绍了GPS测绘技术，并对GPS测绘技术在工程测绘中的应用展开了剖析，最后深入探讨了GPS测绘技术在工程测绘中的具体应用，以期不断提升工程测绘的精准度和效率，促进工程建设质量的提升，同时希望为广大同行提供一定的参考。

【关键词】GPS测绘技术;工程测绘;应用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.06.

引言：

GPS测绘技术发展迅速，具有作业范围广、操作便捷度高以及自动化水平高等优势，在测绘工程中的应用较为普遍。可以将GPS测绘技术应用在测绘工程中的精密工程测绘、城市建设工程测绘、工程变形监测、工程定位测量、工程水准测量等诸多方面当中，同时也应当通过控制测量误差、优化测绘控制网的布置以及加强人员培训等手段提高测绘质量。

1、GPS概述及原理分析

1.1概述

GPS技术主要是基于地面数据传导设备和监控单位以及卫星接收设备信息传导渠道，演变而来的一种定位和导航系统。在此类技术应用的过程中，一方面能够有效借助卫星高清摄像头监控地表环境情况;另一方面，也能以数据渠道将影像信息传输给计算机，在更短的时间内获取更加详细的数据内容。因此，GPS技术应用在测绘工程中可以不断提高工程数据采集的效率和质量，也能避免数据核对中造成的问题，能够缩短时间与成本，特别是在与通信设备相结合时，能够凭借数据传导，使沿途质量环境数据变化处于实时监控的状态，能够降低地表变化等一系列问题。对工程测绘所产生的影响，更能凭借智能化和自动化技术，使GPS技术应用得到拓展。

1.2原理分析

GPS技术是基于卫星定位系统的一种数据的传导技术，在该技术应用的过程中，卫星与地面监测站数据构成三角坐标，通过数据处理平台进行数据核算，在此基础上，凭借基站数据传导确定地区的具体位置和高程。除此之外，卫星系统能利用高清摄像头第一时间抓拍并还原现场地貌情况，对数据加以采集，更有利于确定基准站的位置。这样也能借助相关数据资料提前拟定可视化地形图，使测量数据的精确性和科学性都得到明显提升。

1.3应用价值

（1）测量的精度高且效率快。区别于传统的水准仪以及全站仪等设备，GPS测量基于数据提取与核对，更加高效准确，也会比人工测量读取有更大程度的提升，更能从根源上避免数据统计过程中数据记录出错等问题，特别是通过信号传导以及电子设备能将测量的数据储存到设备内部，并且将相关信息交流给具体单位，更有利于后续工作的开展。在GPS技术测量过程中，借助卫星数据探测系统能够适用不同的测量环境，减少了传统的水准仪以及全站仪测量设备的投入，同时还能核算数据，会显著提升效率，更满足高速构建工程的需要。（2）能够有效解决视线遮挡的问题。由于传统的水准仪以及全站仪测量中需要借助光学原理对标尺进行观察，以此判定现场的高程以及坐标点，但若在这一过程中存在遮挡物时，需要想办法绕开，否则会加剧测量工作的难度，也会造成更大失误，但是应用GPS技术却能在借助卫星定位系统时，以数据定位等方式明确其经典数据，彻底实现了无障碍测量方法。（3）能够有效简化现有的测量工序。在测绘工程测量时采用GPS技术，可以取代原有传统繁琐的设备和架设，以及调整等复杂工作流程，相关数据信息能够自动列入储存系统中，这类测量技术还能简化整体测量工具，使工程的勘测效率明显提升，对工作人员的素质要求水平也不高，更方便后续自动化和智能化的发展。

2、GPS测绘技术在工程测绘中的具体应用方法

2.1平面控制测量中坐标系的选择

2.1.1坐标系的地形选择

在实际项目开展时，首先需要确定平面直角坐标系，这是公路平面控制测量中的基础环节。普通的低海拔地区，地势相对平坦，测区内投影长度变形值较小，坐标系可以参考类似项目。而如果工程处于地形变化起伏较大的高海拔地区或丘陵地区，在高程规划过程中的长度会变形，投影长度变形值可能超出限制范围。因此，在特殊山区进行工程平面测量时，坐标系要通过实地勘测进行更科学的选择，以实现高效率勘测。

2.1.2坐标系的参数选择

根据工程所处区域地形、海拔高度和经度纬度等因素的差异，对坐标系进行不同选择，具体方法如下：（1）当勘测路线距离中央子午线较近时，可以建立基于高斯正形投影的三度带平面直角坐标系;（2）当勘测路线距离中央子午线较远时，可以选择投影在具有抵偿面的任意带高斯投影直角坐标系中，但是要在WGS-84坐标系下进行三维的无约束平差，检查GPS基线向量网本身的内符合精度。（3）当工程的实地勘测路线存在独立桥梁、隧道等工点，可以将局部地球的表面视为平面以建立假设的平面坐标系。

2.2 GPS控制网的布设方法

GPS-RTK技术利用卫星定位，利用静态测量方法，基于测控点彼此连接的布设形式，建构工程测量区平面交叉控制网络，且需严格把控各测控点的间距，将其限定在5～8km，利用RTK技术精准测算平面内准确的坐标点，以识别不同的GPS控制点，在进行自适应调整后，即可根据各测控点坐标进行测量放样。同时，GPS为全球定位系统，在工程测量中的大地高程适用性差，需将其转换为实用性的高程，为此，需利用RTK布设高程控制网络，尤其在复杂、崎岖的测量区域内，因GPS信号受到诸多干扰，此时，RTK技术布设的高程测量网络采集数据的精准度受限，可引入全站仪、水准仪等设备，将其与RTK技术融合以通用，来建构测区的高程控制网络。最后，需对构建的控制网进行复核及加密测量，可分设2组分别进行平行交叉控制网及高程控制网的复核及加密测量，具体将基于首级控制网开展，通过在工程线路上分设不同首级GPS控制点及高等级水准点，利用静态GPS进行外业采集，并通过内业处理完成复测工作，以确保控制网达到规范要求。完成控制网复测后，需对加密控制点位进行位置选择、观测，首先，导线加密点的位置选择需结合工程现场测量条件，尽量规避与桥梁、涵洞等构筑物毗邻，便于测量施工，选点时，可先利用RTK技术对测区构筑物位置进行初步快速放样，将工程测量线路上全部构筑物及相关设施有效标识出来，并结合测量需求，以便于放样、施工，设置16个加密控制点位。而后，在加密点埋设稳定3～4d后，启动导线、水准外业加密工作，利用大概5d的時间，使用GPS技术进行外业采集、数据观测、内业处理、检核、平差等工作，最终完成导线加密点的观测，其平面、高程点位的观测精度应分别为±15mm、±20mm以下。

3、GPS测绘技术在工程测绘中的具体应用领域

（1）在精密工程测绘中的应用。首先，在进行数据采集时，应当构建符合测绘需求的高等级控制网。一般情况下，都会利用C级或D级GPS控制网并结合三等水准高程控制网布设控制网，并在工程区域当中设置控制点。之后，需要利用GPS接收机对各个控制点进行连测，从而获取测绘数据，并利用专业处理软件或随机处理软件进行数据校验，若存在精度超限的数据需及时进行重新测量，进行数据分析与平差计算，从而提高测绘结果的准确性。（2）在城市建设工程中的应用。GPS测绘技术可以为控制网的设计与布设提供基础地理信息数据，并为城市规划提供定位支持。城市发展需要诸多资源的支持，而土地资源的存量阻碍了城市的发展。利用GPS测绘技术可以有效评估土地资源的损耗情况，并在此基础上进行土地资源的规划，提高土地资源的利用率。同时，GPS测绘技术可以为城市建设提供可靠的数据信息，可以完善城市规划的内容。（3）实时变形监测控制的应用在GPS技术中，监测控制是一项十分重要的组成内容，在具体的测绘工程应用中发挥着重要的作用。在实际工程的测绘过程中，测绘人员可以通过测量方法来实现对测量区域测绘点动态变形的控制，并从中获取动态数据，特别是在一些严重变形的测量区域来讲其应效果尤为明显，可以很限地预防工程施工中存在的质量与安全隐患，确保工程建设的质量。如将GPS技术在矿山工程测绘中进行应用时，想要对矿山的表变形进行检测，就可以在重点和第三区域布置永久观测点以实现连续性的观测，从而保证矿山的开采的安全性。（4）水下工程测绘的应用对于码头、海港等水下建设项目来讲，往往需要展开水下工程测绘工作。在具体的水下测绘作业时，测绘人员需要对项目位置三维坐标做精准的测绘工作，同时还要对水深等相关情况进行测绘。许多实践经验显示，许多测绘人员会选用三应答器和经纬仪等来展开测绘工作，在实施水下探测工作时，探测仪主要是利用超声波来开展作业的，以便对水的深度进行测量。由于探测仪自身在工作中需借助海水移动来对自身的水深勘测数据进行矫正，在实际操作过程中较为复杂，且数据的精准度并不高。而将GPS测绘技术应用到水下工程测绘工作中对其三维坐标进行定位，同时还可以实现对地形的描绘。另外，测绘人员还可以以海水的潮汐位移情况来展开具体的操作，再结合探测仪来获取精准且完整的水下测绘系统，有效提升水下测绘工作质量和效率，与此同时，测绘人员可以从监视器中便可获取监控位置。（5）在工程定位测量中的应用。GPS测绘技术在工程定位测量中的应用主要体现在动态定位法与静态相对定位法的应用上。其中，动态定位测量具有较高的繁琐度，需要利用多个参考点定位获取转换参数，从而明确未知控制点的坐标信息。由于GPS测绘技术具有较高的自动化水平，所以在进行动态测量时，系统可以自动处理数据并发现数据当中的问题，可提高数据处理效率与准确率。而静态相对定位指的是采集某一个时间节点的静态数据，观测时间相对较长，但是操作简单，只需要在点位上安装接收机设备便可以自动采集数据信息。

4、优化GPS测绘技术在测绘工程措施

（1）加强测量误差的控制。将强测量误差的控制就是为了提升测量精度，即保障数据信息的精确度，第一，技术人员应全面掌握测绘对象的具体情况，充分了解工程区域的地形等各方面情况并绘制工程地形图，方便后续工作的开展。第二，为了提升数据分析的准确度，技术人员需针对不同层次构建统一的样本与格式，根据一致标准开展测绘，为后续工作提供依据。此外，技术人员需利用合适的技术方法绘制不同地形的特点，更生动地展现地形的特点，使测绘结果更加精准，提高工程建设的质量。（2）优化测绘控制网。首先，需要坚持工程测绘控制网的布设原则。在进行测绘控制网的布设时，技术人员需要坚持从实际情况出发的原则。无论是做什么工作都是为了更真实地反映实际情况，因此技术人员需要根据地形的特点选择合适的布局方式，提升布网工作的匹配度，保障测绘工作的顺利进行。同时，技术人员需将测量位置点都纳入到测绘控制网当中，从而增强数据获取的全面性，丰富一手资料。也需要弥补项目之间的空白界线，避免数据分析不全面。其次，技术人员在布设测绘控制网之前需合理设计测绘基準。工程项目与内容不同，对测绘工作的要求会有一些差别，但是差别不大，所以可以根据各个项目的实际情况制定统一标准，从而依据统一标准开展不同项目的测绘工作。即需要明确规定测绘单位的刻度、工作开展的方向以及信息获取点的位置选择，科学选择测绘方式，使测绘结果更加理想。在后续处理数据信息时，技术人员需根据统一标准进行测算。此外，技术人员应科学选择测绘控制点并合理制定测绘方案。GPS采用的技术较为先进，不会过于依赖人力因素、环境因素等因素，因此技术人员可选择的测绘方式较多。但是，在选择测绘方式时，应当以优化工作环节为目的，延长基准点的物理距离，降低信息获取难度。（3）科学处理测绘数据。第一，需要对测量数据信息进行预处理。利用GPS测绘技术获取测绘数据之后，并不能直接利用这些数据信息，需要专业的技术人员利用相关技术进行数据辨析，明确其中有异议的信息并补充信息，增强数据信息的全面性与准确性，为后续的测算工作奠定基础。第二，加强数据信息的后续处理。在完成信息数据的初步处理之后需要进行精确计算，即利用平差计算等方式结合使用三维计算与二维计算，从不同层面开展测绘，增强数据处理的可靠性。技术人员从诸多角度入手分析数据可以保障处理结果的真实性，更准确地反馈具体情况。（4）加强测绘人员培训。虽然GPS测绘技术的自动化水平较高，但是有一些环节仍需要人工操作，而人工操作可能会出现失误的情况，影响测量数据与结果的准确性，因此需要加强测绘人员培训，提高测绘人员的专业能力与综合水平，保障测绘工作的顺利开展。首先，测绘单位需要提高聘用门槛，优先选择专业能力、操作能力以及执行能力强的人员，提升测绘队伍的整体水平。其次，测绘单位需定期对测绘人员进行专业培训。测绘单位可以将培训内容划分为两部分，即理论培训与实践培训，增进测绘人员对GPS测绘技术等新型测绘技术原理、技术以及设备的了解，提高测绘人员的技术应用水平，从而满足测绘工程的测绘要求。

结束语：

总而言之，在新时期工程测绘过程中，引入先进的GPS技术已经成为一种必然选择。在具体测绘时，务必以现场的实际情况为指导，根据经验和工作条件制定切实可行的测绘计划，有利于促进测绘工作的圆满完成。在这个过程中，要明确GPS技术应用的原理和优点，才能维持应用，提供更多具有可行性的平台，凭借卫星定位技术或是清摄像头实时监控地表数据变化，为后续的测绘项目提供全面的技术支撑。

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