淺談工程測量中GPS技術的應用

焦體超　雷芳芳

摘要：文章概述了GPS定位系統的構成及其工作原理，介紹了工程建設施工控制網的建立、施工放樣、竣工驗收以及水利工程水下地形測量過程中GPS技術的應用，探討了各階段GPS技術應用的注意事項及其優點，希望以此給予相關人員以有意義的借鑒。

關鍵詞：工程測量；GPS技術；GPS定位系統；測量精度；施工控制網 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU198 文章編號：1009-2374（2015）17-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.025

1 GPS定位系統及其工作原理簡述

GPS全球定位系統由空間衛星、地面監控站和GPS用戶設備三部分組成?？臻g衛星由21顆在軌運作衛星和3顆備用衛星組成；地面監控站由分布于全球的1個主控站、5個監測站和3個注入站組成；GPS用戶設備則由GPS接收機、終端設備和數據處理軟件等組成。GPS接收機接受衛星的傳輸信號，并對信號進行交換、放大和處理，解算出接收機中心的三維坐標。

2 GPS技術在建立施工控制網階段的應用

2.1 選點和埋石

施工控制網的選點和埋石，首先要了解施工區域的地質情況，點位的布設要盡可能選在地勢穩固的區域。同時，要對建筑物的相對精度關系以及重要程度進行分析，重要建筑物或建筑物密集區域要多布設控制點，避免出現小于30°和大于120°的角度，確保施工控制網的圖形強度。采用GPS技術設立施工控制網時，要避免在鐵塔、高壓天線等位置選點，并要保證周圍天空

開闊。

高層建筑的施工放樣，要根據其高度合理選擇控制網點?？刂泣c過遠，簡化了放樣操作難度，卻影響了放樣精度；控制點過近，增加了放樣的仰角，不僅放樣操作困難，而且還影響到放樣的精度。所以，在選取控制網點時，要充分考慮工程的整體條件，包括工程的地質環境、施工的整體布局和流程、控制網的測量方法、施工對控制點的破壞等因素影響。

2.2 選取坐標系

施工控制網的坐標系要與施工設計選取的坐標系相同，同時，為了降低局部施工控制網的變形率，局部施工控制網還要建立獨立的坐標系。獨立坐標系施工控制網要以穩固的控制點為坐標原點，該點的連線方位角為起算方位角，原坐標值為起算坐標，其頂面的平均高程為坐標的基準面，以此點為基礎所觀測的邊長都要投影至該面上。

2.3 選取投影面

在施工控制網投影面確定前，要首先確定工程設計的投影面。一般在平面圖上進行工程設計時，不會對地球的曲率因素加以考慮，這對普通項目工程不會產生較大影響，但是對于大范圍、長距離的工程項目的影響就非常大。所以，在平差此類工程的施工控制網前，設計部門要首先確定設計長度的高程面。

2.4 施工控制網維護

建立施工控制網前，要在控制點的周圍設置鋼管圍欄和警示標志，并定期對施工控制網進行復測，確保施工測量的精度。施工控制網的復測要結合實際情況相應修改原有控制網的網形，并適當增減控制點，同時要對控制點的穩定性進行分析和檢查，以穩固的控制點為已知點進行計算，從而確保原有坐標系未發生改變。

3 GPS技術在施工放樣階段的應用

3.1 GPS-RTK測量技術的特點

相對于傳統的工程測量方法和GPS的常規測量而言，GPS-RTK載波相位動態實時差分技術的定位精度更高。RTK測量的標稱精度高程可達2cm+1ppm，平面可達1cm+1ppm；在測量效率方面，RTK測量三維坐標的速度更快，2秒內便可提供測設點的三維坐標；RTK測量技術的自動化程度較高，測量半徑可達15km，測量人員只需將基準站架設好，再進行流動站工作，其余作業將自動完成，極大地提高了測量效率；各個測點之間為獨立觀測且不需要通視，無需野外作業，也不會出現累計誤差的現象，測量結果數字化，結果精確。

GPS-RTK測量技術在建筑工程的應用，不僅解決了傳統工程測量工作的困難，還有效地提高了測量工作的效率，從而為工程的質量提供了保障。

3.2 GPS-RTK測量技術的施工放樣程序

采用GPS-RTK測量技術進行施工放樣時，為了獲取精確且完整的測量數據，要結合天氣情況選擇最佳的觀測時間段。對于空間衛星的分布狀況，可根據Planning軟件提供的多項預測指標，合理的安排測量任務。

施工放樣的具體步驟為：設置基準站→設置流動站→RTK放樣→內業處理。在野外進行測量作業時，可以將基準站設置在預選的控制點處，也可以將控制點設置于未知點后再進行校正。校正的參數包括電臺通道、儀器高、坐標系等；流動站的設置主要包括兩種方法，其一是輸入七參數或四參數后再進行轉換，其二是在已知的控制點進行觀測，再對測得的參數進行求解并校正。這兩種設置方法都是在基準站沒有發生位置變化，利用單點和先前測量數據校正再進行坐標的轉換，無需再重新到控制點進行坐標轉換；在進行RTK放樣前，要確定所選頻率與基準站的電臺頻率相匹配，并檢查電臺接收指示燈，確定接受的衛星數量大于4顆。

4 GPS技術在竣工階段的應用

在建筑工程竣工階段，傳統的測量方法是在控制網點布設完成后，通過測距儀或經緯儀等設備測量，其要求各測量點間必須通視。其在外業測量過程中，操作難度大，測量精度不精確，且無法獲得實時測量結果。建筑工程在竣工測量階段，通常對時間的要求都比較緊迫，且測繪內容要比普通的測圖更加詳細，所以此階段采用GPS測量技術不僅滿足了時間上的要求，也解決了實時掌握定位測量結果的難度。

5 GPS技術在水利工程中的應用

水下地形數據的準確性對水利工程的施工有著十分重要的影響，傳統的水下測量方法是采用全站儀、三桿分度儀、六分儀與測深儀配合測量。但是，由于水下的地形比較復雜，肉眼又無法看清，施測作業難度大等條件所限，導致其測量的范圍有限、精度較低，給工程的施工帶來困難，影響施工效率。

GPS-RTK測量技術可以在氣候條件差、傳統測量方法無法施測的情況下，對大面積的水下地形進行測量，并確定準確的測量數據。在最近幾年新建的水利工程中，GPS-RTK測量技術都得到了完美的應用，其施測所取得的數據，在經過內業處理后，輸出的數字化的水下地形圖為水利工程的施工帶來了很大的便利，不僅在測量精度上有了提高，而且在人力、物力和財力消耗方面也有了很大的變化。

6 結語

隨著科技以及建筑事業的快速發展，傳統的工程測量技術在測量精度、操作難度等方面已無法徹底滿足現代工程建設的需求。而GPS定位系統的研發與應用則在本質上改變了這一狀態，也將工程建設的測繪精度提升了一個新的層次。為此，本文對工程測量中GPS技術的應用進行論述，希望能引起從業人員以足夠的重視，積極推進這一先進技術在工程建設過程中的應用，為我國建筑行業的快速發展做出貢獻。

參考文獻

[1] 王軍.城市GPS地面變形監測網的精度研究[J].測繪通報，2004，（7）.

[2] 徐紹銓，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

作者簡介：焦體超（1984-），男，遼寧沈陽人，中冶沈勘工程技術有限公司工程師，研究方向：工程測量技術；雷芳芳（1989-），女，遼寧沈陽人，遼寧華元工程造價咨詢公司助理工程師，研究方向：工程測量技術。

（責任編輯：陳 倩）