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工程测量GPS动态监测应用与数据处理研究张丹

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：张丹

[导读] 摘要：在当前科技进步下，其测量对象向着宏观、微观方向发展，对精度也有了更高的要求，可采用电子化、数字化和自动化的仪器进行测量作业。

        重庆展帆电力工程勘察设计咨询有限公司重庆市 400000
        摘要：在当前科技进步下，其测量对象向着宏观、微观方向发展，对精度也有了更高的要求，可采用电子化、数字化和自动化的仪器进行测量作业。GPS测量技术的测量效率高、技术性强、精度高，因而在实际工程测量中有着广泛应用。而如何更好地将GPS测量技术应用于工程测量中，以及如何处理GPS观测数据，使其成为工程测量中实际使用成果，对于工程测量来说是其发展的重要内容。论文主要研究工程测量GPS动态监测应用与数据处理相关问题，了解该技术在现代工程测量中的具体应用，及其观测数据的处理模式等，完善GPS测量技术的应用。
        关键词：工程测量；GPS技术；动态监测；数据处理
        引言：
        在工程测量作业中，主要是测绘小区域大比例尺地形图，以及进行施工测量和变形监测等。因此，其工作环境比较复杂多变，且实际测量中容易受到较多因素的干扰。在工程建设和使用中，在一些自然灾害或者人为因素影响下，会发生地震、滑坡和溃坝等灾害，使工程发生严重损坏。因此，在国内外都对工程变形监测给予了很大重视，特别是当前大型建筑的增加，一些地质灾害的发生愈加频繁，都对工程测量动态监测有了更高的要求，其重要性也更加突出，需要不断发展其变形监测理论、测量技术等，以提升数据处理水平，特别是GPS技术的应用和发展对工程监测来说有着积极意义。
        1GPS测量技术的概述
        GPS测量技术的应用原理是将旧式的静态测量转化成三维模式的RTK测量，使得测量的数据更加准确。GPS测量技术需要利用多台机器设备进行信号的接收，先定好基准站，然后将其他接收信号的设备作为移动站点，在多台设备进行定位追踪后向基准站传输信号，基准站的相关工作人员根据电台设备的数据进行定位分析，然后将位置信息传输给移动设备，提供定位服务。GPS测量技术的主要应用原理就是以载波相位观测法进行数据信息的收集，利用三维坐标进行数据的监测。GPS测绘技术能够将数据直观准确地处理，然后将土地测绘的信息进行有效的传输，对后期的其他决策具有一定的促进作用。
        2GPS测量技术的应用特点
        2.1测站之间不需要通视
        选点灵活，但需保持测站上空足够开阔，可以更好地接收GPS卫星信号，避免受到其他因素的干扰。
        2.2具有较高的定位精度
        其测量精度近似于红外仪，但在距离增长的过程中，GPS较之红外仪更具应用优越性。
        2.3观测时间较短
        在布设控制网的过程中，各个测站上观测时间在30~40min，可利用快速静态定位法，缩短了观测的时间。
        2.4可提供三维坐标
        在对观测站平面位置进行精确测定的过程中，可以对其大地高程实行高精度的测定。此外，GPS测量技术的自动化程度高，操作比较简便，使用的接收机也更小，可以实现自动观测，并利用专业软件处理数据，从而获得测点三维坐标。并且利用GPS技术不受时空限制，可以全天候作业，也几乎不会受到天气影响。
        3工程测量中GPS技术的具体应用
        3.1RTK技术应用
        接收机在接收到卫星信号时，通过无线电传输设备接收观测数据，根据相对定位原理，由计算机对流动站三维坐标、测量精度实时计算，用户可以实时掌握待测点数据观测质量、基线解算结果，结合精度指标来确定具体实践，以使冗余的观测减少，从而提高其工作效率。

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在实际应用中，RTK主要有2种测量模式，即快速静态定位、动态定位，具体可以将这2种模式结合起来。RTK定位技术是GPS测量技术发展的一项新技术，是实时动态定位技术，在公路工程中有着良好应用优势。在数据处理方面，静态定位和准动态定位模式都存在一定滞后性，难以将定位结构实时解算处理，在检核观测数据方面的效率也很低，因此，其观测数据质量往往得不到保证，需要返工重新观测，加大了作业成本、降低了工作效率。而延长观测时间，可以更好地解决这一问题，使测量数据的可靠性得以保证，但也降低了实际测量工作效率[1]。RTK系统组成主要是基准站、流动站，要保证实时动态测量，就要建立无线数据通信，将具备高精度取点位的首级控制点作为基准点，并设置接收机为参考站，可实现连续观测。
        3.2动态GPS测量应用
        这种技术利用了GPS信号，对运动目标相对于参考系的位置、速度和时间等参数实现实时观测。具体将GPS接收机设置在运动载体，可以实时测得其位置，因此，动态GPS相对相位是固定一台接收机作为基准站，而其他接收机是处于运动状态的，将其作为流动站。通过比较两站信号，以及进行相关计算，可以获得流动站在各个时刻位移情况、位置坐标等[2]。其差分数据处理有即时处理和滞后处理2种方式，前者是将基准站数据传到流动站对比加工，重要的部分就是数据链的形成，以使数据得以实时传输；后者则将数据传输到流动站后，在后期对其进行处理。
        3.3静态GPS技术测量应用
        在大型桥梁、隧道工程中，应用GPS技术可以十分方便地进行无检核支点量测，形成的画面图像也具备较高清晰度。其中，还可使用GPS来检测边角网，利用其毫米级精度优势实现精确测量。静态相对定位是要设置2台及以上接收机来接收卫星信号，并对数据实行有效处理，精确计算出控制点的三维坐标。根据其中某个点坐标，对另一点坐标进行精确计算[3]。这种技术精度较高，频繁应用在我国野外测量中，比如，大型工程的野外涵洞隧道定位等。GPS静态定位在使用中，受天气状况的影响较小，使用起来比较方便。并且其监测精度较高，有效缩短了测量实际、提高了效率。
        4工程测量GPS动态监测数据处理
        首先，在数据处理方面，就是将GPS基线向量转化到指定平面，使其成为二维基线向量，在此平面上联合平差。在此平面上需进行合理变换，以实现具体数据处理。在具体处理过程中，要先根据基线向量的具体观测值，对各点实际三维空间直角坐标计算，获得其近似值。然后根据GPS具体基线向量位置信息，将其中一个端点固定，并根据该基线向量观测值，对另一个端点进行计算。之后，通过空间直角坐标、大地坐标间转换公式，转换这两个端点，然后利用高斯投影正算公式计算各相应点平面坐标，以计算其平面上基线向量，可求得相应方差-协方差阵变换过程。经过转换，将之前观测值、方差-协方差阵转换到工程坐标体系中，进而获得误差方程，要考虑到已知点数据误差，将其作为虚拟测值来得到误差方程，然后求取按照最小二乘法得到的方程，以获得各点坐标、控制网质量指标[4]。其次，将纯粹的GPS数据实行三维无约束化平差，将其三维坐标、方差-协方差阵整体转换到指定平面，以得到一个平面上二维坐标及其方差-协方差阵，将求取的实际坐标作为联合平差，根据最小二乘法原理对GPS虚拟观测值和地面其他观测值进行平差处理。
        结束语：
        总之，在工程测量中，应用GPS技术实行动态监测，有利于及时掌握工程情况，可以获得较高的工程监测精度，更好地应对工程变形问题。在未来发展中，对该技术应用及数据处理方面，还要进一步改进完善，使其作用得以充分发挥。
        参考文献：
        [1]田倩.工程测量GPS动态监测应用与数据处理分析[J].山东工业技术，2019（12）：119.
        [2]崔晨耕，马晓云.基于GPS动态监测数据的EMD信息提取[J].勘察科学技术，2019（02）：10-14+30.
        [3]曹元志，黄长军.超高层建筑GPS动态监测中对流层延迟处理方法研究[J].大地测量与地球动力学，2017，37（12）：1272-1275.
        [4]吴杰，乔燕，苗恒亚，郭冰.基于GPS的大跨桥梁动态监测试验及分析[J].工程勘察，2016，44（08）：43-47.