GPS导航系统在工程测绘中的应用探讨

GPS导航系统在工程测绘中的应用探讨

王春飞刘杰

浙江省宁波市鄞州区测绘院浙江宁波315100

摘要：随着现代测绘技术的发展，卫星定位系统技术不但解决了工程测绘工作中的一系列难题，还有效的提高了测绘数据和图形的精确性，工程测绘工作的内容非常广泛，有控制测量、地形测量以及地质工程测量等，本文主要分析探讨了GPS技术在工程测绘中的应用。

关键词：GPS；工程测绘；应用

前言

基于GPS导航系统的全球定位技术作为一种新的测量技术已逐渐在越来越多的领域取代了常规测量仪器。由于GPS测量具有高精度三维定位能力，在变形监测方面，与传统方法相比较，应用GPS不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点，而且利用GPS技术、计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现全自动化、实时监测的目的，在工程测绘及灾害监测中的应用也越来越广泛。

1全球定位系统(GPS)简介

全球定位系统(GPS)是“卫星授时测距导航/全球定位系统"的简称，主要由空间卫星星座、地面监控系统和用户设备三部分组成。GPS利用卫星发射的无线电信号进行导航定位,具有全球性、全天候、高精度、快速实时三维导航、定位、侧速和授时功能,并具有良好的保密性和抗干扰性。GPS不但可以用于军事上各兵种和武器的导航定位,在民用上也具有广泛的应用。GPS定位技术的引入,引发了测绘技术的一场革命,使得测绘领域步入了一个新的时代。

2GPS全球定位系统测量技术的特点

2.1观测速率明显高

从GPS系统诞生以来，一直以较快的速度发展，随着科技的发展，软件的功能的增加日趋完善。现在仅用15min就可以对20km以内的静态目标进行精确的定位；基准站与各流动站的距离在1.5km以内时，进行快速静态相对定位的测量，流动站观测仅要不到2min的时间即可以准确定位，在此之后可以随时对目标进行定位，各站之间的观测差距在几秒钟之内。

2.2定位的准确性更高

根据相关研究数据及实际操作证实，GPS定位的准确度较传统的定位方式有明显的提高。具体数据如下，在5km以内定位的精度约在10~6之间；当定位范围扩大到一百到五百公里之间时，定位的精确度约在10~7；定位距离在1000km时可达10~9。应用于300m~1500m的工程定位，进行1小时以上观测的数据误差仅在1mm之内，较ME-5000电磁波测距仪测测得的数据精确度有明显的提高。

2.3操作更简单

随着GPS测绘技术与各先进技术的手段不断结合，其操作方法得到了大大的简化，同时使用的范围也随之扩展。GSP操作的集成化、自动化程度较其他测绘手段有明显的提高。由于GPS的测绘功能丰富适合测绘内、外业等领域的应用。工作人员通过软件系统进行作业的操控，减少了人工测绘的误差，在减少工作人员工作量和专业要求的同时极大地提高了操作过程中的准确度。

3GPS测量技术在工程测绘中的应用

3.1大地测量控制网点测定

在大地测量网点测定工作中，常规方式要耗费大量的人力物力并且精度较低，不能适应现代社会发展的需要。我国自1991年开始进行GPS测量大地控制网的建设，目标是对我国的基础控制网进行重新的测量。这一工程目前已经基本完成，淘汰了常规测角测距方式在这方面的应用。相对于大地控制网数千公里或数万公里数量级的测量，城市控制网测量点之间距离较近，通常在数十公里，而且城市控制网的使用频率相当大，对社会的运行具有重要的影响。这就需要借助于GPS技术进行高精度、大范围、高效率的测量工作，为城市建设工程等提供参考。

3.2应用于城市建设中的测绘

由于城市建设的不断发展，城市中一些使用频率比较高的城市控制网络容易被损坏，这会影响到城市建成区和规划区的测绘工作，减缓工程测量的进度，所以必须采取方法快速精确的提供控制点，进而提高工作效率。在这种情况下，GPS测量技术中的实时动态差分法就可以满足工作的需求。它可以提供高精度的测量，而且数据采集时间较短，并且不用人工在事后处理数据，还可以实时定位。这不仅满足了作业精度的要求，而且大大提高了工作效率，有助于城市建设中测绘工作的发展。

3.3GPS在水下工程中测绘中的应用

海洋资源的开发利用、海岸码头和港口的建设、航道的整治等水下工程都需要精度非常高的地形测绘图，GPS技术的三维测定技术能够对水下工程的横向和纵向位置进行高精度测定，然后利用计算机进行地形图的绘制。在水下工程纵向方面的测量利用测深仪，根据超声波在水下传播的时间得出水深，与此同时潮位仪还要进行潮位测定，来更正水深和地形的高程。横向位置的测量采用差分GPS技术，解决了以前采用经纬仪等传统定位仪器而产生的操作繁琐、抗外界干扰性低等问题，提高了水下工程的测绘。

3.4应用于工程变形监测方面

工程变形作为工程建设中一个比较常见的现象，包括人为因素造成的建筑物或者地壳的变形和建筑物的位移。GPS测量技术凭借其在三维定位方面的高精度测量优势，使其被广泛应用于监测诸多工程变形的极为有效的监测工具。在工程建设中的各类建筑物变形中，包括建筑物的缺陷与变形，大坝的变形、海上建筑物的沉陷与变形、资源开采导致的地面下沉等。在对大坝变形进行监测的时候，水电站的大坝往往由于受到水负荷的重压而导致大坝的变形。因此为了尽可能避免大坝变形导致严重事故发生，就应该对大坝进行监测，此时如果采用GPS精密定位技术，不仅可以实现对大坝的自动化监测，而且可以使得大坝变形监测的精度达到（1.0ppm～0.1ppm）。另外，在对变形大坝进行监测时，要先在远离大坝的位置选择一个合适点作为基准站，接着再对大坝的变形区域选择多个点进行监测。然后再每个基准站和监测点上分别安装GPS接收机，这样就可以实现连续的自动观测，并对观测得到的数据进行分析处理。

3.5应用于虚拟现实技术方面

任何精密工作如果采用人工作业就难以避免会产生一定的误差，传统的工程测量工作就是如此，在测量部分都需要人工作业，所以难以避免的发生一些安全事故。GPS虚拟现实技术创建的工程测绘环境具很逼真，而且具有交互作用的特性，所以在对于某些地形比较复杂的环境进行实地测绘的时候，就可以采用其系统中的计算机绘图和虚拟现实技术实现快速有效的工程测绘，并且可以将全部的三维图像在电脑屏幕上进行显示。现在GPS虚拟现实技术被广泛应用于我国部分矿井工程的测绘中，进行技术测量方案的演练，这样就可以及时发现测量方案中存在的问题和不足，以便对测量方案及时进行修缮，保证了工程测量方案的科学合理性。

4总结与展望

综上所述，GPS自诞生以来就因其具有的精度高、速度快、消耗资源少、操作简便等优点被逐渐应用于工程测绘等各个领域，在很多方面都已经完全取代了传统测绘技术和工具。我们相信，GPS定位技术作为一种新的大有前途的变形监测方法，它的发展空间还很大，随着科技的发展，它将会越来越趋向于自动化、智能化、经济化等，必定更有力的推动人类社会的发展。

参考文献：

[1]胡荣华；GPS新技术在工程测绘中的应用讨论[J]；智能城市；2018（05）

[2]陈军；变形监测中GPS技术的应用及发展方向研究[J]；世界有色金属；2017（11）

[3]李磊，裴媛媛；GPS变形监测技术及其数据处理方法研究[J]；资源信息与工程；2017（06）