【《GPS测绘技术的应用原理及在建筑工程的运用》6700字（论文）】

GPS测绘技术的应用原理及在建筑工程的运用摘要：随着建筑工程规模的扩大，工程测量也渐渐突显了其重要性，测量数据结果是否准确，还会对后续项目的施工速度产生直接的影响。同时测绘技术的改革也加速了建筑工程测量的步伐,GPS测绘技术是测绘新技术之一，通过对GPS测绘技术在建筑工程测量中的运用，促进建筑工程推进有序性具有积极意义。在此基础上，就GPS技术的内容进行了阐述，对GPS技术应用于建筑测量的优点和原理进行了分析，对GPS技术在建筑工程测量环节中的运用进行探索。关键词：建筑工程；测量；ＧＰＳ目录引言 1１、GPS技术概述 12、GPS测绘技术中GPS定位系统的作用 13、GPS测绘技术在建筑工程测量中的应用原理 23.1差分GPS测绘技术的应用原理 23.2GPS差分定位测绘技术应用于建筑工程测量时的深度逻辑简析 64、GPS技术的应用优势和不足 64.1应用优势 64.2应用不足 75、建筑工程测量ＧＰＳ测绘技术的应用策略 75.1合理把控测量选点 75.2工程控制网建立 85.3妥善处理采集数据 85.4应用于施工放样 95.5记录和处理测量数据 105.6检测工程变形 106、结语 10参考文献 12引言GPS是一种全球定位类技术，在应用上，以距离交会法为技术原理，在定位技术应用阶段，它有着强大的优越性。就日常工作而言，卫星设备完成数据传输，还可以完成信号转换，以及一接收设备，装设于所述地面，承担卫星信号的接收与处理工作。探究它在土木工程领域中的运用具有很高的价值。１、GPS技术概述GPS包括空间卫星三部分、地面控制单元以及接收器，它们协同工作，快速确定地面位置。所述接收单元通过电源接收卫星信号、主计算机及天线的结构构成等，可采用导航型，还可作为地面接收器。所述地面监测单元由主控站组成、监测站与主控站。应用GPS时，位置坐标多通过地面站向卫星传送，在接收设备接收之后，测出接收点到地球卫星之间的距离，空间坐标的产生是由测量与计算产生的。大容量接收机的精度可达1毫米。图１为ＧＰＳ系统组成图2、GPS测绘技术中GPS定位系统的作用GPS卫星有以下几个方面：（i）从地面站接收导航信息等信号；（ii）从地面站收到多种命令，为了修正轨道偏差或者起动备用设备；（iii）将GPS导航及位置信号连续传送到地面的地面监测系统，一般都有主控站负责、3座注入站,5座监测站。主控制站一般都装有大型电子计算机，主要承担数据的采集，计算，传输等工作。监测站以采集为主、向主控站发送并转发各类消息。GPS信号接收机由接收机软硬件及后处理软件包两部分组成，是一套完善的GPS用户装置，它的主要作用就是得到卫星信号，对卫星进行三维位置计算、三维速度与时间。主要作用是得到卫星的信号，对空间站进行三维位置计算、三维速度与时间，实现了导航与定位功能。表1GPS定位系统中地面监测系统主控站的功能3、GPS测绘技术在建筑工程测量中的应用原理3.1差分GPS测绘技术的应用原理就GPS测绘技术而言，差分相关GPS定位方法原理：该基准站给出了十分准确的三维空间坐标，因此，实际运行时，仅需计算基准站与卫星间距离修正即可，再由基准站将此校正实时地发出。这样，测绘师（用户）既能接收到准确的GPS信号，并可接受参考站校正。对定位结果进行精确修正，提高定位精度，在测绘过程中，测绘是重点内容之一。按照差分GPS参考站信息发送模式进行，差分GPS定位技术大致可分为以下几种，例如，位置差分、伪距差分等。具体原则基本一致，但是，由于基准站所发修正数具体内容各不相同，将造成差分定位精度差异。现阶段GPS伪距差分测绘技术是建筑工程测量当中使用最普遍的一种测绘技术，商用差分GPS接收机几乎全部使用了该技术。其主要应用过程是由基准站的接收设备计算目标观测点到可见卫星的距离（通常可以测定卫星4个位置），再把计算出来的距离的具体值和包含误差的测量值对比，最后，向测量人员传递到全部可见卫星上的距离误差。测绘员可利用此距离误差校正所测伪距，最后，基于修正伪距进行计算，获得了观测点精确位置相关参数，剔除一般误差，能够获得较为精确的观测点信息。参考站GPS接收机先测全部可见卫星伪距ρi；所有可见卫星上的"星历文件"通常用A,e,i,t等来表示。同时利用每一次计算得到的卫星地心坐标与已知参考站地心坐标反演出每一次与参考站之间的估算距离并将其表示成Di。具体计算公式如下：Di=(在方程（1）里:i是指上文提到的i颗卫星，取值范围1-4,都是正整数，以下出现的"i"都是一样的。参考站GPS接收机实测伪距ρi中包含多种误差，估算距离Di之差可以被计算出来，求出了修正伪距数如公式（2）：△pi=当参考站把Δρi,ρi传输到移动台时，移动台可按下式测出伪距及修正数而求得修正伪距：pwci(t)=式（3）:ρiuc（t）为修正伪距。正如上文所述，当这4颗卫星经过以上运算并且计算全部伪距时，这样就可以计算出移动站（可理解为测量点）的精确坐标，并且完成了对应点位的测量工作。一般而言，以差分GPS定位技术为基础的施工测量数据"改进"的根本目的就是要尽可能地消除各种误差，见表2。表2差分GPS定位测绘技术对测量定位精度方面的改进以上差分式GPS伪距定位测绘技术的优势主要集中于三个方面：第一，伪距校正由GPS定位系统给出的WGS-84坐标系直接计算，即直接获取校正值，并且不需要首先变换到本地坐标，从而实现了非常高精度。第二，以上修正值计算方法可直接给出方程（1）、（2）Δρi、ρi的准确数值，由此确保即使还没有得到修正值，位置固定还可以维持高精度，最终达到RTCMSC-104规定的标准。三是基准站可提供全部卫星修正号。在图2中，测绘员可挑选任意4颗卫星，以及测绘期间收到的、计算并"纠正"伪距及其它参数，而且也不用担心自己所选卫星和参考站提供资料的卫星一样。参考站，移动站及卫星间数据链如图3所示。测量期间的卫星星历、时钟及大气折射等误差可使实际测得坐标与已知坐标间产生某些误差，这些误差可表述如下：△X=X-X’△Y=Y-Y’（4）△Z=Z-Z’以上坐标修正经数据链发送至用户站。用户站利用接收到的坐标修正值来修正自己的坐标，最终得到了：Xk=Xk’+△XYk=Yk’+△Y（5）Zk=Zk’+△Z图2基于GPS伪距差分测绘技术应用的数据获取图3基准站、流动站与卫星之间的数据链发射、接收示意进一步考虑数据传输过程中，用户站可能出现位置瞬间变化的情况，则上述还可以进一步表示成：Xk=Xk’+△X+d（Xk’+△X）/dt·（t-t0）Yk=Yk’+△Y+d（Yk’+△Y）/dt·（t-t0）（6）Zk=Zk’+△Z+d（Zk’+△Z）/dt·（t-t0）迄今为止，在利用GPS差分定位方法对建筑工程进行勘测的过程中，能够精确的控制误差，提高测量的准确性。但无法解决这样一个问题：很难确保基准站与用户站所观测到的卫星为同一卫星群，差分定位结果也会不相同，因此需要考虑如下几个方面。3.2GPS差分定位测绘技术应用于建筑工程测量时的深度逻辑简析由以上情况可见，GPS测绘技术在土木工程测量中的运用是有问题的，也就是实时测定的GPS位置精度，通常要通过人工分析才能完成位置精度测定工作。还有个问题，已有测量精度方法，基本都是从GPS输出经纬度坐标中读出，经手工换算成平面坐标，手工对比测量精度。但目前尚无方法对运动距离是否准确一致进行检验，而测量精度则要求有资质。事件烦琐。针对以上问题，可设置系统，测量时人工对GPS差分测绘的定位精度进行测量。该体系主要由以下几个部分组成：①设置一个RTK主机设备，需经过反馈线与测绘专用接收天线相连。另外,RTK逐级还应该以串行接口为基础，连接到4g/5g模块以及接收站，执行差分信号的发射与接收。②RTK的主计算机采用常规电源线连接电源。③RTK主计算机通过232串行USB接口实现与主计算机之间的通讯及数据传输。按照以上方法对系统进行设定之后，以GPS差分定位测量技术为基础进行建筑工程测量，可在经度，纬度和高度上进行被测点、航向角和其他信息作了细致的分析。在使用本系统进行测量的过程中，应采用大地坐标系与直角坐标系相结合。众所周知，地球是一个椭圆体，因此，计算中要求地球长半轴，短半轴都有参数，分别对应6378137±2m和6356752±2m,并且假设第一个偏心率e2=0.006694399013。4、GPS技术的应用优势和不足4.1应用优势在对建筑工程进行勘察时，应用以GPS为核心的测量方式，既能减少测量环节，同时也改善了测量自动化特点，使用各种装置完成数据处理工作，误差控制优于人工测量方式，确保测量精度。利用GPS技术，其流程非常简单：首先是测量设备的安装，再开启电源，当开关开始工作时，测量工作可自动进行，使用方便。在科技飞速发展的今天，树木测量技术得到了不断地更新运用。GPS技术含量高，使得测量结果精度逐渐提升，在测量设备不断更新换代的使用中，操作能更便捷。与此同时,GPS测量也得到了更加快速地运用，能有效地缩短技术测量所耗费时间。特殊原因如下，直接测量可与控制网的布置相配合，采用不同测量点，得到测量数据信息，测量速度较快。相对于传统人工测量时间而言，它的速度可以增加1倍多。就技术测量而言,GPS测量范围更大，有利于提高测量效率与精度，避免了测量数据的不全面造成的错误。另外，将GPS技术应用于建筑项目还能够提供更加准确的测量结果，甚至要远距离测量，还能迅速地得到测量结果，而定位精度可达1毫米。。4.2应用不足尽管在建筑项目的测量阶段使用GPS有许多优点，例如，程序简便，精度较高等、测量时间较少，可广泛应用，但是，该技术的应用存在缺陷。比如利用GPS对建筑物进行测量的时候，测量设备将很难用于室内及密闭空间中，而这种技术在应用时会受地形制约。城市化进程加快，高层建筑增多，将GPS信号屏蔽，影响了测量连续性与准确性。同时测量应用过程中的费用也高而繁杂，若测量设备未按规定安装，必然很难达到建筑测量精度要求。5、建筑工程测量ＧＰＳ测绘技术的应用策略5.1合理把控测量选点土木工程测量项目前,在GPS测绘应用中，需要完成测量点选取工作，为了确保GPS测量结果精度。其中测量点应选在视野较宽处，测量点内障碍物的实际角度不应大于15°,为了使装置能够平稳地接收到信号，为安装提供了有利条件。若信号源功率较大，当被测范围内电磁干扰源太多，测量点应离地面200米处，从而确保了接收设备发出的信号不会受到干扰。若信号以无线电波方式传送，测量点的高度须大于50米。另外，测量及控制点不宜选在高层建筑的周围，由于这些大楼太高了，卫星信号将被屏蔽。采取上述措施，选定了测量点，同时也要确保测量区域内地面有稳定的特性，从而方便标记的长时间保持。在过去，测量技术大多使用多种测绘方法，至数字地形图测量，GPSRTK技术的运用，使用测绘方法所需控制点比较少，部分解决传统的控制测量问题、控制流程不完善，在测量的实际操作阶段，首先，需要获取测量点点位坐标数据，然后按照逻辑方式进行数据导入，建立数字软件上的地形图。数字化测图通常具有较高效率，甚至地区复杂、点隐蔽等，还可直接计量。以确保测控测量精度满足要求，须结合测区特点及地理环境，对系统进行合理地设计，应用GPS定位时，应注意观测站点与障碍物之间仰角控制及观测区控制需求。GPS技术在应用过程中有别于传统测量技术，尤其对于数据处理。操作阶段要按照技术要求操作，先把天线放在三脚架上，并且要保持横向，居中的姿势，启动后观察，及时记录在案，并且把GPS数据保存在测量手册中，数据可以自动保存。5.2工程控制网建立就建筑工程测量而言，控制网起到保护作用，本实用新型能够为技术测量发展及安全检查等相关工作提供有用设定。所以在对控制网进行选型的时候，在建筑工程中，负责人员一定要站在测量实际需求的角度，确保了控制网精度满足测量要求。同时建立控制网时应分层次进行、分门别类实施控制措施，保证技术网络致密，足够得到高精度测量结果。载波相位可被使用，采用静态差分，观测埋石位置适宜与否，再次考虑观测数据，对控制网水平差进行了有效地控制，确保GPS测绘工作准确。5.3妥善处理采集数据控制网成立以后，根据控制点信息完成地形测量是非常重要的，并且对测量点所在流动站内部流量进行了综合记录。平时，外接电台和基站的辐射范围可达10公里以上，测量时需确保流动站位于基准站辐射范围之内，为了得到高度精确，有参考价值的资料。以提高测量精度，须对移动台进行调节，以对三维测量结果进行精度控制。在测量的实际阶段，同时还要对输入参数进行精度全面控制，为了确保点位布置科学合理。将GPS测绘技术应用到建筑工程当中，开展相关的测量工作，数据的采集与处理，与技术措施挂钩，极其重要。数据采集阶段，备份数据的预处理是非常重要的，及时排除因环境及人为因素导致的不精确资料，以免影响分析结果。同时采用三维坐标与高程点个数相结合，将以上资料加以整合，通过精确的评价得到采集数据的精度，最后把所得数据导入到处理软件。关于数据处理，有关人员需结合数据测量要求，由净高差解、基线解等法，灵活应用数据处理，取代了传统人工处理方式，自动化数据处理模式，数据处理无人为误差，还可避免误差的计算，处理精度较高，还能确保处理效率。测量时，还可将静态测量与快速静态测量相结合。若采用上述两种方法之后，所得数据结果是一致的，表明该测量数据处理精度满足要求。GPS信号能直接判读，处理采集到的信息。若2种测量方法数据不同，且相差较大，表明控制点位置选取不尽合理，测量结果不准。所以测量点的计时也是必须的，优化了数据，为了有效地解决数据采集中的错误。5.4应用于施工放样就建筑工程测量而言，结构放样作为工作中的关键内容，分基础，上部结构放样、高层等放样。取样阶段采用技术措施须结合施工进度。多数基础核查都在建造之初完成，不管是基础模板的验证，开挖深度的验证，均需采用精准的核查技术。若施工区域地势不平整，人工放样相对困难，这时，可利用GPS测绘协助施工方向的进行，避免了目标物在测量时经常运动，造成影响测量精度等问题，切实提高施工效率。另外，测量阶段的合作方式一定要选择别的，对各种技术测量结果进行了全面对比，为了确保施工过程顺利实施。如在常规施工过程，一般采用全站仪测样，该测量技术一定要确保测量点间具有较好的能见度。所以在测量过程中很容易受地形、地物等条件制约，造成施工现场样品测量效率不高。这时就可以利用GPS-RTK测量技术实现项目的实时测量了，这一技术的应用不需要通过点位通视就可以实现，系统软件发布功能好，能够精确测量直线及点位信息。在特定的测量阶段，要求手册中对各类工程进行预先设计，能自动产生放线点。另外，利用该项技术还能实时展示偏移距离和公里数信息，从而使得施工放线测量结果更直观和有效。5.5记录和处理测量数据当工程技术人员勘测建设项目时，测量数据也需及时记录下来，在记录阶段，应确保记录内容真实、完整。同时测量数据的采集也是非常重要的，对工程设计决策的拟定提供了依据。测量数据可分为3类，一，观测数据，另一种是人工数据，多了别的纪录。在接收机接收到数据功夫时，在观测数据收集之初，以及GPS应用时间这些数据都要作为观测数据记录下来，为了确保记录及时，测量手工所填资料是否属实，不随便改动，不临时改动，导致数据信息的不全面、不准等等，需要注意的是，最为关键的资料还应及时进行备份。对收集到的调查数据进行处理，还需要有一种科学方法，才能发挥数据信息所具有的所有价值。对GPS测绘数据要进行不同的判读，可通过接收器自带软件处理。RTK数据自身较为复杂，不论测点名称，或测点特点，或测点三维坐标均为RTK数据，RTK数据可