工程测量新技术

摘 要 ：工程测量是一项复杂的系统的工程,其要求具有较强的专业性,涉及的领域也相当广,无论是陆地上的建筑、交通,还是水上的航运都需要工程测量,并且其占据着非常重要的作用.随着新型建设工程准确度和效率的提高,传统的测绘技术已经不能满足其要求,新的测绘技术在不断地涌现,例如全球卫星定位技术（GPS）、地理信息（GIS）技术、数字摄影测量技术、遥感（RS）技术、3S集成技术等等.本文主要对全球定位系统（Global Positioning System,GPS）在工程测量中的应用进行了分析.

关 键 词 ：测绘新技术；GPS；工程测量；应用

随着科学技术的快速发展,测绘已经得到了快速的发展.工程测量是水利、建筑、交通等行业中后续工作顺利开展的保证.测量工作是一项复杂的系统的工程,其要求具有较强的专业性.测量工作一旦出现误差,必定会对整个工程产生影响.因此,必须保证测量工作的准确性.为此除了加强施工质量管理和控制外,还必须确保测绘新技术的应用.

一、全球定位系统（Global Positioning System,GPS）概述

全球定位系统是利用人造卫星发射的无线电信号进行导航、定位的系统,近些年,其已经被广泛应用于交通、航运以及建筑工程中的测量工作中.该系统在1973年由美国国防部开始组织研制的,在1993年成功的建成并投入使用.测绘技术的一场新的革命就是由于GPS的诞生而产生的,GPS使得测绘向着现代化的方向发展.作为GPS空间构造的GPS星座组成成分是28颗卫星,其中工作卫星有24颗,有源备份卫星有4颗.在倾角为55°的六个轨道上将24颗工作卫星给平均分配开来,从而要想使观测到4颗以上卫星提供的定位精确的卫星图像是不受时间和空间的限制,从而使得它的不间断的导航作用得以实现.

地面控制部分即地面监控系统,这个系统主要的职责就是数据传输.其传输主体从前到后依次为：全球监测站5个、主控站1个以及地面控制站3个.传输的具有过程如下：首先,5个全球监测站且必须装配时钟和接收器,其将卫星观测数据中的数据从GPS星座中取出,经过简单的处理后,将其统一传送到主控站.主控站得到的跟踪数据主要从5个监测站中得来,对其进行简单的计算,将结果与指令分别给3个地面控制站传输.将接收的主控制站的数据结果和指令以一定的频率（每天一次）向每颗GPS卫星中注入,这就是地面控制站的主要作用.用户部分根据任何接收GPS信号,从而使得位置和时间的设备组成得以确定.其典型的应用主要包括：旅游、测量、交通导航、机械控制、航海等.

二、GPS测量的特点

相对于常规测量来说,GPS测量主要有以下特点：（1）测量精度高.GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50km的基线上,其相对定位精度可达12×10-6,而在100～500km的基线上可达10-6～10-7.（2）测站间无需通视.GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便.（3）观测时间短.随着GPS测量技术的不断完善及软件的不断更新,在进行GPS测量时,每个测站上的观测时间一般在30～40min左右,采用快速静态定位方法,观测时间更短,动态相对定位仅需几秒钟.（4）仪器操作简便.目前GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录.（5）全天候作业.GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响.（6）提供三维坐标.GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求.

三、GPS测量技术在工程测绘中的应用

工程测绘的工作内容较为复杂,而且对于精确性、技术性的要求也相对较高.与传统的测绘方法相比,GPS测量技术具有定位速度快、成本低、不受天气影响、点间无需通视、不用建标等许多优点,而且仪器及设备小巧轻便,操作简单便捷.经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候的全球性无线电定位系统.GPS测量技术在工程测绘中已经发展成为一个多领域、多模式、多用途的高新技术类型.

3.1 GPS定位技术的应用

在工程测绘中,GPS定位技术应用的原理主要是将几何与物理学科一些基本原理的结合,并且利用GPS系统空间分布的卫星及其与地面接收装置,实现测量物体的多角度定位.目前,国内外工程测绘中应用GPS测量技术中的定位技术主要包括：静态相对定位和实时动态相对定位两种模式,其中静态相对定位的操作流程较为简单,需要由多台地面接收装置排列成一条或数条基线,同步观测时间可以达到45分钟左右,其测量结果需要由专业的技术人员进行统计和处理.实时动态相对定位则是以载波相对观测量为基本依据,一般需要选取点位较为精确的控制点作为测量工作的控制基站,并且通过安装一台或多台地面连续接收装置连续观测不同角度传送的实施动态信息.

一个GPS接收机必须同时接收4颗卫星才能进行三维定位.对于实时厘米级定位精度,则要求同时接收5颗以上的卫星.在理想情况下,因为GPS系统有24颗卫星环绕地球运动,通常在水平角10度以上都能观测到7颖卫星.但如果附近有山、建筑物或其他遮挡物,则所能观测到的卫星会更少,这样接收机就很难定位,故有些应用还要与惯性导航技术相结合.

3.2虚拟现实技术的应用

在传统的工程测绘中,由于大部分测量工作都需要由人工进行,而导致各类安全事故的频繁发生.在工程测绘,尤其是对于某些地质条件较为复杂的地区进行实地测绘时,利用GPS虚拟现实技术创建的工程测绘环境具有逼真、交互作用的特点.应用GPS系统中的计算机绘图和虚拟现实技术可以快速、有效地以一系列三维图像在计算机屏幕上清楚的显示工程测绘的全部流程,以及应注意的安全事项即重点测量项目等.为了有效解决工程测绘中测量技术应用效果不理想的问题,测量前进行必要的模拟流程分析是极为重要的,也是保证测量方案增强可操作性、技术性和安全性的先决条件.目前,国内在部分矿井工程项目的测绘中,普遍应用GPS的虚拟现实技术进行测量方案的演练,进而可以及时查找出测量方案中存在弊端和问题,及时组织人员进行修改和完善,最终保证GPS测量技术在工程测绘中发挥出应具备的作用.

四、工程测量新技术发展方向及其应用分析

经济的发展带动测绘技术的快速发展,现代化的工程测绘技术正向着内外一体化、智能化、测量过程的可控化、测量成果的数字化、测量信息的可视化、数据获取和处理的自动化、测量信息共享数据库的方向发展.它的目的主要是为提高工程测量的工作效率和测量数据的精确度,方便工程的施工.测绘技术的快速更新也要求我国有关部分和企业加强测量人员的培养,使有关人才及时了解新的测量技术,使工程测量顺利进行.

五、结语

总而言之,GPS测量技术是新的测绘技术之一,其不仅精度高、技术含量高、节约时间,而且也使得大型工程测量所带来的人力物力财力大大降低.随着新型建设工程准确度和效率的提高,GPS测量技术将在实际中被更好的应用.