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GPS在工程测量中的应用分析刘锋

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：刘锋

[导读] 摘要：GPS 的出现给测绘领域带来了前所未有的变革，不但广泛地应用于大地测量和控制测量等领域，而且在工程测量领域GPS 技术同样发挥着巨大的作用。

        中铁大桥局集团第五工程有限公司江西省九江市 332000
        摘要：GPS 的出现给测绘领域带来了前所未有的变革，不但广泛地应用于大地测量和控制测量等领域，而且在工程测量领域GPS 技术同样发挥着巨大的作用。促使工程测量的效率大大地提升，同时工程测量的稳定性增强，进而大大地提高工程测量的准确性与精度。为此，本文阐述了 GPS 测量技术的特点，以及 GPS 测量技术在工程测量中的应用。
        关键词：GPS；测量技术；特点；应用
        引言
        GPS 最初目的是用于导航和收集情报等发挥军事作用，但随着应用开发表明，GPS 技术不仅可以达到上述目的，还能够达到厘米级别甚至毫米级别的相对定位，这就决定了 GPS 将在各个领域得到广泛的推广及应用。近年来，在工程测量中，GPS 作为一种测量技术有着举足轻重的地位。下面，将对 GPS 技术的有关特点以及在工程测量中的应用问题进行了简要地分析。
        1 GPS 测量技术概述
        GPS 是全球定位系统 Global Positioning System 的简称，是新型卫星导航与定位系统。GPS 最初研制是军事运用，研制时间地点是在 20 世纪 70 年代的美国，在 20 世纪 90 年代时才得以全面建成，可以实现海、陆、空全面实时三维导航，并且实现高精准的定位。GPS 系统的组成包含三大部分，一部分是空间部分，即 GPS 卫星星座。第二部分是地面控制部分，也就是 GPS 系统当中的地面监控系统。还有一部分是用户设备部分，主要作用是用来接收 GPS 信号。GPS 测量技术可以在短时间内提供出精确的三维坐标，由点、线、面三种要素构成，具备精准度高、高效性等特点。随着 GPS 技术的不断发展，目前 GPS 技术已经不单单用在军事上，还用在民用交通导航、土地测量、野外考察、日常生活等多个领域。目前，随着通信技术的广泛应用，GPS 与通信技术也实现了高效的结合，三维坐标的测定从原来的静态逐渐变为动态，定位与导航也开始变成了实时测量，不再需要通过数据处理而得到，GPS 技术的广度与深度都得到了极大扩展。目前，GPS 技术在地形、土地的测量中应用十分广泛，同时在一些工程和地表沉陷等的监测中也有着十分广泛的应用。
        2 GPS 测量技术及特点分析
        2.1 GPS 定位技术
        GPS 定位技术是 GPS 测量技术中应用十分广泛，也是最基础的技术之一。GPS 定位技术可以在任何时间和任何地点为用户提供准确的位置信息服务，其主要原理是通过 GPS 接收机将信号接收过来，在误差处理之后进行计算，从而得到准确的位置信息。随后，将位置信息传输到连接的设备当中，相关设备会对这些信息进行计算与变化，最后再传输给移动终端，实现定位功能。GPS 定位技术主要分为三种，一种是基于 Cell ID 定位技术，主要是通过基站的 Cell 信息来定位到用户所在的位置，精度受基站分布与覆盖情况的影响。一种是基于 AFLT 的定位技术，也就是 Advanced Forward Link Trilateration 技术，该技术是 CDMA 特有技术，通过监听基站导频信息、利用码片的方式，在三角定位法的计算下得到最终的定位位置。最后一种是基于 AGPS 的定位技术，主要通过无线网络的辅助来完成定位功能。
        2.2 GPS 虚拟现实技术
        虚拟现实技术指的是通过计算机的虚拟仿真功能，生成一种新型的模拟环境，属于一门交叉技术前沿领域，通过计算机来实现对环境的三维立体化和模拟化。GPS 虚拟现实技术指的是测量技术与计算机绘图技术结合之后，虚构出十分逼真的工程测绘环境，然后进行实地测绘。同时，还能及时通过三维图形的方式将测绘流程以及一些安全重点显现在计算机系统上，在一些地质条件较为复杂、恶劣的区域，GPS 虚拟现实技术的应用十分广泛也十分必要。而且GPS 虚拟现实技术还能够查找并完善测量方案中出现的不足，确保测量技术应用的精准度。

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目前 GPS 虚拟技术的应用也十分广泛，是 GPS 测量技术中十分重要的组成部分。
        3 工程测量领域 GPS 测量技术的应用
        近年来，GPS 系统（全球定位系统）被迅速推向工程测量领域，即依托 GPS 系统来获取各种高精度的技术参数，比如三维速度、三维坐标、时间信息等。工程测量主要应用到 GPS 测量技术的动态功能以及静态功能，动态功能是指借助卫星系统，从地面实地放样出已知的三维坐标电位。静态功能是指根据已知卫星信息，获取地面目标点的三维坐标。实践表明，此项测量技术的应用具有精准度高和工作效率高的优点。本章节主要结合 GPS RTK 测量技术的有关内容，浅析公路勘测领域 GPS 测量技术的应用。
        3.1 控制测量
        实践表明，采用 GPS 静态测量的方法建立控制网极具精密性，同时对大型建筑物的控制测量也尽量采用静态测量的方法，比如隧道、特大桥梁、互通式立交等，然而对普通公路工程的控制测量最好选用 GPS 动态测量。以实时获取定位精度，注意待点位精度达到既定要求后，应随即停止观测，如此提升控制测量的效率。此外 GPS 测量过程测站间无需通视，因此测量操作相当简单。若对道路的设计线路进行控制测量，那么所选的数据链方案必须适宜，以提高长边静态测量过程 RTK 的测量效果，注意若边长跃20km，那么对流动站进行 15~30min 的观测，便可知晓基线解逐步呈稳定状态。若基线解稳定状态的持续时间约10min，那么三维坐标分量的最大变动臆5滋mD，同时最后 5min 内的互差约2滋mD，此时应结合实际情况，判断测量工作是否继续推进。
        3.2 大比例尺地图绘制
        多数高等级公路选线选用大比例尺带状地形图，比如 1：1000 或者 1：2000。众所周知，传统的测图方法往往表现出速度慢、工作量大、花费时间长的特点。而采用实时 GPS 动态测量却能够有效规避上述缺点，即沿线各碎部点位置分别停留 1~2min，便可获取对应点的高程以及坐标。此时再对点的属性信息以及特征编码进行输入处理，便可获取带状碎部点的数据，而最后仅需借助绘图软件成图。实践表明，上述方法具有采集速度快的优点，因此对降低测图难度非常有利。
        3.3 道路中线放样
        从大比例尺带状地图定线以后，设计人员需从地面标定出公路中线。若采用 GPS 实时测量来实现此操作，设计人员仅需把中桩点坐标输入 GPS 电子手簿，此时放样点的点位便会被系统软件自动定出来。各点要求被独立完成测量，因此累计误差难以产生，如此便可确保各点的放样精度相当。众所周知，道路路线包括缓和曲线、直线、圆曲线三部分，因此道路中线放样过程，应该依次输入各主控点桩号、起终点的方位角、缓和曲线距离、直线段距离、圆曲线半径，外加 GPS 电子手薄能够完成所有工作。如此便可降低放样操作的难度，实践表明，上述方法具有简单实用的优点，同时若各曲线段或者直线段间需要加桩，仅需输入目标点的桩号即可。
        结语
        综上所述，本文对工程测量中 GPS 测量技术的实际应用进行了深入探讨，由于 GPS 技术具备较大的优势，GPS 能够实现快速定位与实时定位、全天候观测，并且定位精度较高、操作起来十分简便，在众多领域都有着重要作用。随着工程建设项目的增多，工程测量中 GPS 测量技术的应用将会越来越广泛，因此，必须要加强对 GPS 测量技术的研究，从而推动我国工程测量技术的发展。
        参考文献：
        [1]马忠卫.工程测量GPS动态监测应用与数据处理研究[J].工程建设与设计，2020（05）：97-99.
        [2]柴旺.工程测量中应用GPS控制测量平面及高程精度[J].建材与装饰，2020（05）：215-216.
        [3]杨亮.现代测量技术在采矿工程中的应用概述[J].现代矿业，2020，36（01）：211-212.