关于GPS测绘技术在工程测绘中的应用探讨

关于 GPS测绘技术在工程测绘中的应用探讨

龚晓燕

江苏省地质勘查技术院 江苏省南京市 210049

摘要：GPS测绘技术是当前国内全新的现代化高科技管理手段，与传统测绘工作方法相比，GPS测绘技术有着更加突出的效率和精确程度，从而更便于实际操作。GPS测绘技术的出现不但能够大幅提高行业效率，同时可以有效保证工程测绘的最终效益。因此，工程测绘过程中合理运用GPS测绘技术具有十分重要的意义。

关键词：GPS；测绘技术；工程测绘；应用

1 GPS技术

GPS（全球定位系统）技术自产生以来，由于其独特的应用价值和应用优势，被技术人员和测量人员所欢迎，并且也被广泛地应用到了测量领域中。GPS系统主要由三个部分组成：空间部分（星座）、地面部分（监控）、用户设备部分（GPS信号接收机），三者缺一不可。

GPS的空间部分，在位于地表的两万多千米的上空，具体是指24颗卫星。而这24颗卫星的运行周期是12个小时。GPS系统的空间部分，在一定程度上也体现了GPS技术的全球性、全天候、连续实时定位的工作特征。GPS系统的第二部分，是GPS的地面部分。地面部分是指地面站，全球地面站共五个。这五个地面站根据其功能，可以有效划分为主控站、注入站和监测站三种类型。不同的地面站，拥有不同的工作效能，在GPS系统工作过程中起着不同的功能。对于GPS系统的主控站来讲，其功能主要是对地面监控系统进行协调工作和管理工作。注入站则是要对输入的数据进行接收。对于GPS系统的监测站来讲，其工作任务主要是对卫星工作的状况进行观察和监测、及时接收卫星发出来的信号、及时传送观测数据和气象观测资料。

2 GPS测绘技术在工程测绘中的应用优势

2.1测量准确度高

以往主要选择设置控制测量网的方法开展测量工作。虽然控制测量网具有较高的密集度，但容易被测量区域内的遮挡物、人工操作水平、测量设备质量等因素影响，导致测量结果不够精准。随着工程建设水平的提高，工程对测量数据的准确度要求越来越高，传统的控制测量网方法逐渐被淘汰。新兴的GPS技术是利用地球卫星对需要测量数据的区域进行测量，且测量过程为静态，所以数据准确度非常高，能精确到0.1 mm。此外，GPS技术使用计算机操作，测量的数据能传送到计算机中，不需要人工读取数据，降低了人为操作失误的概率。

2.2 工作效率高

以往进行工程测绘时，提高测量数据准确度的方法是让工作人员在测量区域增设控制测量点，每增加一个测量点，都要增加人力、物力。如果在测量过程中出现失误，数据不够准确，还要重新测量，投入的成本更高。但是，使用GPS测绘技术不需要设置大量控制测量点，极大地降低了测量成本。如果是在地势较为平坦的地区进行测量，GPS测绘技术的测量范围会更大，以测量点为圆心，半径5 km以内的区域都能测量，不仅能减少人力、物力的投入，还能极大地缩短测量时间，减少时间成本。GPS测绘技术测量的准确度高、误差较小，可以减少重测的次数，不仅缩短了测量时间，还提高了测量工作的效率[4,5,6]。

2.3 中间过程不用校核

以往进行工程测绘时，工序比较复杂，测量结果出来后，需要工作人员收集控制测量点的数据进行统计。但是，人为操作容易失误，为了保证数据的准确度，工作人员读取数据之后还要核验。比如使用全站仪测量数据时，利用测量前视镜与后视镜的方法进行数据统计，两种数据如果存在较大误差，就表示数据不准确，要重新测量。如果使用GPS测绘技术，则不需要工作人员人工核验数据。在放置设备时，设置好测量设备的相关参数，工作人员只需将设备放在测量点就能离开，测量的数据会自动传送到电脑上，避免数据审核不通过而再次进行测量的步骤，节省测量时间。

2.4 操作步骤简单

传统测量方法使用的测量设备都需要人工操作，主要设备为全站仪、棱镜、锚杆、直尺等，开始测量前都要提前设置好参数、调试好设备，因此，工作人员要做大量的前期工作，由于每次测量的要求都不同，测量前还要针对工程情况进行培训，保证测量工作能顺利开展。GPS测绘技术使用的测量设备与电脑相连，具备自动测量并且自动传输数据的功能，工作人员只需将设备准确放到测量点，设备就可以自行工作，操作方便简单，对工作人员的要求较低。

3 GPS技术测绘的要点

3.1 GPS布网工作

GPS测绘技术在布网工作中具有很大的意义，能够对航线上或带状的工程项目实施测绘，如对某些引水工程项目实施测绘。在实际测绘过程中，技术人员可以选用点连式或边连式的方法，发展三个相交点的图形。如果针对某些建筑枢纽开展建筑施工，技术人员会选用边连式、网联式的方法对其进行设定，以更有效地提高网格数量的准确性和力度，提高GPS控制网格数据的准确性，从而大大提高工作质量。此外，由于GPS测绘技术在实际使用过程中并没有受到气候条件的影响，而且测绘的速率较快，对定位要求的成本也较低。如果某些地理条件比较复杂，那么GPS测绘技术还可以通过虚拟现实的技术手段对具体位置进行仿真，对某些重要的内容或特定的地区使用三维空间图像技术来加以呈现，能够从多种视角对物体进行检测，从而提高检测数值的准确度，大大改善工程品质。

3.2 实行动态测绘

在实际测绘工作中，测绘人员需要在一个已建成的检查场所设置了全新的机站，同时需要在机转子上设置相应的GPS装置，以确保所有的卫星设备都可以在此过程中充分发挥其最大功能，以便进行现场监测。此外，工作人员还可以运用对地无线信息技术，将相应的监测数据信息传回到信号接收管理中心。而流动站则在数据信号接收过程中，运用无线装置完成对基准站数据信号的接收，同时运用相对位置的原则，进行基准站和流动站之间的相关数据分析，以便得到两个观察点间的相应距离，从而得出流动站所在地的三维位置。此外，在实际工程测绘工作中，测绘人员还要根据实际情况选取适当的检测点。在测绘点选取过程中，测绘人员需要确保检测点视线的开阔，同时必须确保相应装置配置的有效性，从而确保相应工作的顺利开展。当测试完毕后,工作人员还要积极地对所传送信息进行确认，从而提高其准确度。因为一旦电磁信息发生了问题，就会严重影响测绘工作的正常进行。

3.3 GPS外业测绘

在整个户外测绘工作中，确定测量点的准确性是对整个测试结果准确性的根本保证。在进行测绘工作前，测绘人员必须主动根据测试现场的实际情况进行相应的准备工作，以便测绘工作的正常进行。相关的准备工作主要涉及测试地点的定位信号、标架、标型等。而GPS测绘技术在实际观察过程中往往采取了开机监测和无线安置两种方法，在一定程度上改变了传统测量方法存在的缺陷。当测试地点确认后，工作人员必须主动地将相关装置放置于三脚架上，以确保其稳定性。此外，工作人员还必须确保与天线基座和标志的水平方向对齐，从而有效提高测试质量。

4 GPS在工程测绘中的应用

4.1应用于确定技术参数

GPS技术在工程测绘中的应用，主要是确定参数，对系统设计的精度和基准进行全面掌握和熟悉，为相关人员开展初步观测和设计网性工作提供保障。在对精度进行设计期间，相关工作人员要高度重视控制网的选择工作，一般情况下，要立足于地区等级下的GPS网。

4.2应用于工程控制测量

控制测量是工程测绘期间十分关键的环节，发挥着不可替代和不可或缺的关键作用。以往测量工程控制技术主要是预先对各个控制点进行布设，而后通过各个控制点，设立相关的控制网，从而对测量结果出现误差状况进行有效降低和避免，更好的有利于开展后续工作，进而对测量效率进行提高。但是在布置控制点的过程中，传统测量技术容易受到一系列因素的影响，包括：天气、施工条件等，在实际测量工作期间，会增加其中的工作任务量，对测量精度进行降低，以此无法确保精准的测量结果。

一般情况下，会使用静态差分定位技术开展工程控制测量工作，通过使用GPS接收机，能够精准的定位测量范围内的各个控制点，与此同时，还要适当的优化和调整其中的测量精度。应用GPS技术，能够对测量结果的精度进行有效提高，同时，在实际测量期间，不需要充分考虑其他因素，例如：施工环境、自然条件等，开展测量工作有较高的灵活性和便捷性，能够更好的保障测量工作质量和效率。

4.3应用于地形测量与实际施工

如若测量工作涉及到较大的面积和复杂的地形，在实际进行建设期间，就要全面掌握和熟悉实际的地形地貌情况，全面系统的分析和研究内部地形。在此期间，通过航空摄影技术来使用传统测量方法，拍摄所需要的照片，而后再对所拍摄到的照片进行解读，最后补测使用到的相关测量仪器，应用这种方式，一定程度上会被环境因素所制约，完成测量任务难度大，测量工作的开展需要反复进行，无法有效提高测量效率。

在实际展开施工和工程地下测量工作期间，主要是采用实时差分技术手段来应用GPS技术，建立综合系统的测量平台体系，从而便于开展测量工作。通过配合应用控制点和静态基站，设立对整个范围进行覆盖的空间坐标体系，采用应用其他设备的方法，处理相关的测量数据，从而更好的开展测量工作，提高测量工作的精准性和有效性。

4.4应用于数据采集

使用GPS技术，在实际进行测量工作期间，主要是使用系统中传感器设备，通过非电量信号和多样化的电量信号，在信息存储器当中第一时间存储收集到的相关信息，而后便于开展后续的计算以及分析数据信息等工作。

在测量工程期间，开展采集数据工作的过程中，能够在系统中对设备区域进行有效监控，与此同时，设置和安排采集数据器，通过应用A/D转换器，对所采集到的电流信号进行有效处理，而后将采集的电流信号朝着相应的数字信号方向所转换。在成功转换后，就要在系统中的芯片发送这些数据信息，而后再成功发送给上位机。

4.5应用于数字化测图

通过数字化图件的形式来展示GPS最终的测绘成果，采用野外数据采集的方式，在实际应用GPS技术开展工作的过程中，需要使用到测量装备以及相关仪器。在数字化测图工作中开展绘制各种比例尺的地形图时，可以通过对GPS技术的使用，完成数字化测图工作，测量大比例尺的地形图，依据相关人员的实际需要，缩放比例尺的图件，从而对人员的不同需求进行充分满足。在成图的过程中，为了降低和避免产生误差，就要严格检测各个控制点，工作人员展开成图工作期间，还要依据相关国家标准规范严格进行，精准反应测量范围内的地形地貌，可以通过GIS技术的使用，建立三维数字模型，对测量区域内的地形地貌特征进行直观反应。

4.6应用于其他测量工作

在进行测量野外调查工作期间，能够通过使用GPS技术，精准的定位测量区域，在作业范围内，测量变化岩层形态的具体状况。相比较于传统的拉尺测量手段，GPS技术优势十分明显，包括：便于开展测量工作、存在较高的测量工作效率等。

在监测工程生态环境区域期间，不可避免的会被其他因素所限制和影响，例如：地貌、地形等。如若沉陷是测量范围内所显示的特点，想要对工作安全进行有效提高，加强建设地面工作的稳定性和可靠性，就要在测量范围内通过测量技术方法，动态化的展开监测工作。通过使用全站仪设备，传统测量方法能够驻点测定测量范围，但是在测量沉陷范围时，传统测量方法十分容易受到地貌、地势、地形等条件的影响，测量难度较大。通过对GPS技术的使用，能够对控制点布设难度进行有效降低，从而对测量工作效率和质量进行有效提高。

5测绘中的常见问题及对策

5.1 GPS技术原型是一种新型的全球定位系统,具有三维卫星定位，海、陆、空全球导航和跟踪功能。它最早出现于20世纪60年代，当时,它的主要功能并不明确，直到后来广泛应用于建设工程中,其巨大影响才开始日渐显现,并直接促进和引发了我国测量地理工程的重大改革。现阶段,GPS技术广泛应用于测量工程建设中,不但为测量工作的高效开展创造了条件，还为各行业广泛应用GPS技术提供了有益的经验,并直接促进了GPS工程技术的推广应用[1]。从测绘的视角出发,尽管GPS技术在测量工程中起到了重要的作用,但是受系统的影响,也有很多问题。首先是数据的窃取或篡改问题。因为系统稳定性不好或人工使用不规范,GPS技术中很容易形成数据泄露的端口,从而引发数据安全问题。但由于智能科技的进步,这些数据安全问题很可能引发项目的后期风险,给人民的生命财产安全造成很大的隐患。其次,数据准确性问题,即因为系统设计的不规范、数据真实性低或精确度较差,从而影响实际的测量工作,并直接导致工程危险性上升,从而严重影响了整个建设项目的施工质量。最后就是数据信息分散的问题,即由于测量企业没有发挥数据资源优势,没有做好数据的综合管理工作,使得数据信息资料的完整性和稳定性不足,从而无法形成完善的测量数据信息网络,导致测量管理工作不能有序推进。为了克服这些问题,有关单位就应该有针对性地加以解决。

5.2中国传统的测量技术大多通过人工手段进行。它不但考验着整个测量队伍的测绘技术水平,还受测量仪器设备、测绘环境、测量技术水平等多种因素的综合影响。整个测量环节虽然投入了大量的时间、人力、物力,但回报率却非常低,因此无法有效保障测量数据的准确度。而且,测量工程难度大,测量人员的工作环境也无法改变,随着工作量的大幅增长,传统的测量方式因为周期较长,也就无法适应新业务的需求。手工测量和数码测绘技术相结合,已经成为了当前测量工程的重要手段。另一方面,数字技术利用先进仪器解决了人工的缺陷,利用电磁波或光传感装置完成测量,使用测绘软件将采集的数值自动转化为三维图像,大大提高测量品质,为测量机构开展模型检测和参数调整奠定基础。但是,如果能够充分应用各种现代的数字化现场测量技术手段,工作人员就能够减少现场测量的生产成本和工作量,在一定程度上提高了现场测绘与试验的效率,利用自己的技术专业知识和测绘检测专业知识,并辅以各类先进、现代化的测绘检测技术与仪器,有效地处理好现场专业测量过程中的各类工程技术问题,从而最大限度地提高了现场专业测绘的技术计量工作能力,使现场作业具备了较高的准确度与工程技术有效性,为后期的建筑工程设计工作提供充分的技术信息保障,避免了建筑工程中可能发生的重大安全危害。值得注意的是,由于数字测绘技术是全部测试工作的集成体,测试数据信息的整体性与精确度直接决定其服务质量。所以,为进一步提高测绘产品质量,测绘单位应该尽量扩大数据分析的收集范围,并通过人工联合智能的方法检验数据分析的正确性,以便进一步提高原始图像的真实性和准确率。

6有效提高GPS测绘质量的相关措施

6.1 合理选址，避免信号干扰

要想科学地应用GPS测绘技术，就必须选择合理的测站地址。这对于GPS测绘技术的应用至关重要。在建设项目的测绘工作中，对GPS技术的要求必须合理选择测量场地，要重点关注测量的具体位置。根据制图目标的不同，判断是否满足测绘要求，地形测绘数据是否准确，相关测量人员进入现场，也要选择合理信号接收位置，创造有效的观测区域，科学划分测量路段，确保可以创建较大的观测区域，尽量使线路视线不被遮挡，以实现大规模的数据整合。在选择测绘方向时，还要注意地形的给卫星信息带来的干扰，以免影响测量数据的传输和分析。因此要需要充分了解现场情况。由没有电磁干扰物质，为做好观测记录，应在实际观测中进行分析，合理调整天线位置，以保证信号稳定性。在安装天线位置时应注意坚持居中、水平、定向的原则，以保证设备的应用效果。

6.2 应用GPS测绘技术提高工程测绘精度

在测量工作中，由于一些建筑地形复杂，并且区域地理环境恶劣，在测量时容易出现一些干扰因素，导致了测量工作中存在一定的误差，影响工程进度。测量是在一定条件下进行的，外部环境和测量人员的技术水平，以及现场所用的测量设备都会导致测量误差。例如可能会发生测量方向倾斜和偏移。主要取决于测量人员的技术水平，读数的误差主要是由于视线不垂直，或因测量仪器的刻度造成的误差。因此，工程测绘人员在测量读数时，应在垂直位置读数，尽最大可能的从视觉上减少测量误差。随着工程技术的发展，对测绘的精度要求逐渐提高。GPS测绘在工程测绘中的应用不受地理的影响，制图数据速度快，可以快速采集数据，并可以将数据快速传输到计算机，通过软件进行工程测绘分析，得到最终的数据信息，为用户提供准确的信息。同时，引入GPS测绘技术，可以准确测量建筑工程，有效提高工程测绘技术的精度。因此，GPS测绘技术有较强的推广应用意义。

6.3 GPS测绘参数的确定

GPS测绘参数主要包括设计精度、设计格网、参考形状和测绘计划等。设计精度是根据测区情况和工程要求，合理选择GPS作为测绘区控制网络。一般来说，大约需要12个点，以避免过长对GPS的影响，同时避免边长和进行后续测量的间距变窄困难。在观测过程中应使用3个接收器，用边连接调整，并通过GPS预报图建立控制网络，确定最佳观测时间，为运行方案提供可靠的基线。

6.4 GPS网络图形设计及误差监测

经过分析，GPS网络的图形非常繁琐，存在许多限制和阻碍因素，操作时还要结合现场情况设计专门的图形。一般来说，在满足用户需求方面。要实现这一目标，就应审查和分析GPS网络布局所涉及的因素，确保交通、设备都符合施工要求。同时，在GPS使用结构上，要注意卫星监测站的定时和接收频率。只有实现这些要求，才能满足实际工程的需要。此外，由于工程测绘内容和施工环境的复杂性，在测量和制图过程会存在不可避免的操作。因此，测量人员要尽可能避免出现错误，以增加GPS在工程测绘领域的使用。

6.5 测绘工作处理数据

在测绘中会获得大量的数据，GPS技术将对数据进行处理。同时，此类数据会实时传输至相关的报告中心，并更新新的数据，实现统一的标准化。在这个过程中，技术人员必须保证测绘数据的准确性。此外，每种测量方法都有优点和缺点，GPS测绘也不例外，因此测绘技术人员应根据建筑标准分析差异，并合理选择相关的测绘技术，最大限度地减少误差，建立更准确的测绘标准。

6.6 数据写入和处理

一般而言，无论是地形图测量和制图、检查点确定，还是施工放样测量，其操作过程都必须进行详细数据的录入和处理。随着测量和制图工作的进行，通过GPS获得的结果应包括三种：测量信息、工作测量手册和其他记录。其中，对于测量信息，它指得是原始数据。内容要监测前或过程中按要求完成。在测量手册中，每次数据修订或注释应使用铅笔，不得进行随意的更改或绘图，和遗漏注释。测量区域时，注意手册中数据和接收机中的信息是否一致，以免造成数据丢失。当测量数据被记录下来，要根据数据来验证计算结果是否能够满足工程需求。可以使用软件对GPS网络进行计算，同时要做好RTK数据处理。技术人员可配备随机接收器的软件，进行RTK数据的下载。加载信息时，3D坐标信息须关闭。要结合特定的要求，了解软件功能，并实时分析数据。当操作及数据都符合要求时，就可以进行数据编辑和输出工作。

6.7 数据调整与记录

通过GPS测绘获得的数据可以通过信号传回，这时候就需要相关的软件来记录回传的数据。并且还需要根据数据进行调整，确保所采集的相关数据符合测绘要求。并且需要确保测绘现场和测量条件符合工程测绘的技术要求，确保数据可以有效的满足工程标准应用要求。建立和记录数据是新型GPS测绘在项目中应用的基本内容，因此，对于工程测绘数据的采集和记录需要相应技术人员较强的工作技能，并且需要具备足够的责任。测绘工作人员应注意采集数据的正确性，在工程测绘工作中，通常使用方向来保证地形和数据的准确性。为了便于对测绘数据的日后分析工作，必须将获得的采集到的测绘数据进行合理存储，并根据数据的使用特性做好具体的分类，通过接收器存储数据，使后续的测绘数据分析更快更清晰。对于在存储状态下无法进行有效存储的数据，需要相关的工作人员进行手动操作。只有全面强化数据存储的重要意识，才能做到数据登记和分类的准确性，使后期的工程测绘数据分析更加科学，确保项目的施工质量，促进施工持续改进。

6.8数据分析与验证

在工程测绘中，技术分析人员必须对GPS测绘获得的原始数据进行对比分析，使GPS获得的工程数据达到实际的可应用水平，江需严格满足测绘质量要求。基于GPS测绘技术在项目中应用的影响，对于分析数据的控制工作，进行有效的数据研究非常重要，并且数据的分析也是下一阶段测绘的重中之重。相关测绘数据分析人员要想科学地做好分析工作，在数据验证中要全面加强数据的对比，尤其是对数据的前期和后期基线进行有效的对比分析。抓好数据处理阶段的实际工作，强化严谨的数据验证流程，对比校准相关数据使用参数，及时发现测绘中的不合格数据应用效果，必须完善和调整数据分析中存在的问题，充分确认工程测绘数据准确没有错误。在确认参数的结果正确后，需要对整体数据的使用价值进行验证，并为工程提供可靠的数据，以确保数据达到应用的质量。

6.9 工程事件的应急处理

工程测绘在作业中面临着复杂的环境，需要使现场的各要素配合良好，才能完成工程测绘工作。如果在测绘干扰链接中的某一方面出了问题，就可能造成严重的事件。因此，当在工程测绘中遇到突发事件时，现场的工程测绘工作人员需要知道如何处理紧急情况。因此，测绘信息的重要性不言而喻，是整个工程测绘工程的核心。在应急处理中，需要集成编码系统获取测绘数据和信息，依靠GPS的精度对测绘到的数据进行分析，减少出现的误差。要对测绘数据进行管控，根据GPS测绘的调整功能，实时制定数据标准化管理，保证工程测绘数据的准确性，减少操作失误的发生。

7结语

使用GPS技术能够大大提高建筑监测工作的安全性和工作效率，但监测人员首先要全面认识GPS技术的优势和正确的操作步骤，从而进一步增强建筑监测工作的科学性。

参考文献：

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