GPS测绘技术在工程测绘中的应用探究

GPS测绘技术在工程测绘中的应用探究

谢小红

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摘要：随着科技的飞速发展，全球定位系统（GPS）已成为现代工程测绘不可或缺的工具之一。本文旨在深入探讨GPS测绘技术在工程测绘中的应用方法，分析其在实际应用中可能遇到的问题，并探索其与其他测绘技术的结合与应用，以期为工程测绘提供更高效、更精确的解决方案。通过对GPS技术的综合评估，我们希望能够为测绘专业人士提供有价值的参考和指导。

关键词：GPS测绘技术；工程测绘；应用探究

引言

全球定位系统(Global Positioning System，GP)测绘技术是利用卫星发射的广播信号进行定位。这些信号中含有卫星的位置和时钟信息。GPS接收机通过捕获来自至少4颗卫星的信号，根据信号传播的时间差和卫星位置，计算接收机的三维位置、速度和时间信息。

一、GPS测绘技术在工程测绘中的应用方法

1.1 控制测量

控制测量是指在工程测绘中，为了确定地面上各点的精确位置，首先设立一系列具有已知坐标的控制点。这些控制点作为测量的基准，可以是永久性的，也可以是临时性的。通过GPS技术，可以快速准确地获取这些控制点的三维坐标，为后续的地形测量、施工放样等提供精确的参照。在控制测量中，通常采用静态和动态两种测量模式。静态测量需要在控制点上长时间固定接收器，以收集高精度的卫星数据；而动态测量则允许接收器移动，适用于快速获取大量点的坐标。GPS控制测量的优势在于其不受地形限制，能够在复杂环境中进行，且具有较高的自动化水平，减少了人为误差。

1.2 地形测量

地形测量利用GPS设备收集地面点的坐标数据，以生成地形图和三维模型，为工程设计、规划和管理提供基础数据。GPS进行地形测量时，通常采用实时运动测量（RTK）技术，该技术能够实时提供厘米级的定位精度。RTK技术通过基准站发送差分信号，校正移动站的测量误差，确保测量结果的准确性。此外，GPS地形测量具有速度快、效率高、覆盖范围广的特点，尤其适合于大面积或难以接近的区域。在实际应用中，地形测量不仅包括地面点的平面位置，还涉及到高程信息的获取。通过GPS测量，可以有效地结合其他技术，如数字高程模型（DEM）的生成，以及与地理信息系统（GIS）的集成，实现地形数据的多维度分析和应用。

1.3 竣工测量

GPS技术在此过程中提供了一种高效、精确的测量手段，使得竣工测量更加便捷和可靠。利用GPS进行竣工测量，可以快速获取建筑物、道路、桥梁等工程结构的精确位置和尺寸数据。与传统的测量方法相比，GPS技术减少了对地面控制点的依赖，降低了测量的复杂性和劳动强度。此外，GPS测量不受天气和光线条件的限制，可以在多种环境下进行，大大提高了测量的灵活性和效率。在竣工测量中，GPS技术通常与地理信息系统（GIS）相结合，将测量数据直接输入GIS进行管理和分析。这不仅提高了数据处理的速度，还增强了数据的可视化效果，使得工程管理人员能够直观地了解工程的实际状态和偏差情况。

二、GPS测绘技术在工程测绘应用中存在的问题

2.1 信号干扰和遮挡问题

信号干扰和遮挡的问题通常发生在城市密集区、森林、峡谷或隧道等环境中，由于建筑物、树木或其他障碍物的存在，GPS信号可能会被阻挡或反射，导致接收器无法接收到稳定和准确的信号。信号遮挡不仅影响定位的准确性，还可能导致定位失败，尤其是在需要连续定位的动态测量中，这一问题尤为突出。此外，信号干扰还可能来自无线电设备、电子设备等外部因素，它们产生的电磁波可能会干扰GPS信号的正常接收。

2.2 多路径效应和动态误差

多路径效应是指GPS信号在到达接收器之前，可能会因反射或折射而产生多个信号路径，这些额外的信号会导致接收器接收到的信号与实际位置产生偏差，从而影响测量的准确性。特别是在城市环境中，高楼大厦的反射面会加剧这一问题。动态误差则主要出现在移动测量中，当接收器在移动状态下接收GPS信号时，由于信号传播时间的微小变化，可能会引起定位数据的不连续性或误差累积。这种误差在高速移动或频繁转向的测量场景中尤为明显。

三、GPS测绘技术与其他测绘技术的结合与应用

3.1 GPS与惯性导航系统(INS)的结合

GPS与INS的结合是一种互补的技术融合，GPS提供全球范围内的精确位置和时间信息，而INS则能够在GPS信号不可用或受限的环境中，如隧道或室内，提供连续的位置、速度和姿态数据。这种结合利用了INS的短期高精度和GPS的长期稳定性，提高了整体系统的可靠性和鲁棒性。在实际应用中，这种结合技术可以用于车辆导航、无人驾驶、航空测量以及精密工程测绘等领域。例如，在车辆导航系统中，GPS/INS组合系统能够在GPS信号丢失时，依靠INS的惯性测量单元（IMU）继续提供导航信息，确保导航的连续性。此外，这种技术还可以用于动态环境下的高精度测量，如在桥梁、隧道和大型结构的监测中，提供更加精确和实时的变形监测数据。

3.2 GPS与摄影测量的结合

摄影测量，特别是航空摄影测量，通过捕捉地面的高分辨率图像，提供了丰富的视觉信息和地形数据。当与GPS技术相结合时，可以极大地提高测量的精度和效率。在这种结合应用中，GPS提供了精确的位置信息，确保了摄影测量数据的地理定位准确性。摄影测量则利用其图像处理能力，通过立体影像匹配技术，提取地形特征和地物信息，生成数字高程模型（DEM）和正射影像图。这种结合不仅提高了地形数据的采集速度，还增强了数据的可视化和分析能力。GPS与摄影测量的结合还可以用于建筑物的三维建模、城市景观的重建以及环境变化的监测。例如，在城市规划和土地管理中，这种技术可以快速生成详细的地图和三维模型，帮助决策者更好地理解地形特征和地物分布。

3.3 GPS与激光扫描技术的结合

激光扫描技术，又称为激光雷达（LiDAR），通过发射激光脉冲并接收反射回来的信号，能够精确测量目标物体与扫描仪之间的距离，从而快速生成高精度的三维点云数据。结合GPS技术，可以在三维点云数据中嵌入精确的地理坐标信息，使得点云数据不仅具有高分辨率的空间形态信息，还能够准确地反映在地理空间中的位置。这种结合特别适用于复杂的地形测绘、城市三维建模、以及文化遗产的数字化保存等领域。例如，在城市环境的三维重建中，GPS与激光扫描的结合可以克服建筑物遮挡造成的GPS信号不足问题，通过激光扫描获取建筑物的精细结构，再通过GPS提供的位置信息进行精确的空间定位。

3.4 GPS与声波测深技术的结合

声波测深技术是一种通过发射声波并接收其从水下地形反射回来的信号来测量水下物体深度和形状的重要手段，它在海洋测绘、河流湖泊地形调查以及水下结构监测等领域发挥着关键作用。这项技术能够提供水下地形的精确数据，但其准确性在很大程度上依赖于测得数据的空间定位。因此，将声波测深技术与GPS技术相结合，可以显著提升测量结果的空间准确性。GPS技术提供的精确地理位置信息能够被整合到声波测深数据中，确保了测量结果的地理坐标精确无误。

这种技术融合的优势在于，它不仅能够提供水下地形的深度信息，还能够准确地定位这些地形特征。这在海岸线测绘中尤为重要，因为海岸线是动态变化的，需要精确的测量来监测其变化。在港口建设和航道维护方面，精确的水下地形数据对于规划和实施工程至关重要，可以避免施工过程中的意外和提高工程的安全性。此外，在水下考古领域，结合GPS和声波测深技术能够为考古学家提供详细的水下遗址地图，帮助他们更好地理解古代文明的遗迹分布。

四、结语

通过与其他测绘技术的结合，如INS、摄影测量、激光扫描和声波测深，GPS测绘技术展现出更广阔的应用潜力。期待未来技术的进一步发展，为测绘领域带来更高效、更精准的解决方案。

参考文献

[1]关玉龙,李涛,彭云峰.GPS测绘技术在工程测绘中的应用探究[J].大众标准化,2024,(11):143-145.

[2]黄芮.GPS测绘技术在工程测绘中的应用探究[J].房地产世界,2024,(09):119-121.

[3]张东杰.GPS技术在工程地质测绘中的应用[J].工程与建设,2023,37(06):1699-1701.