GPS技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用

楊李

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 安徽 合肥231603)

摘要:文章介紹了GPS技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，GPS技術(shù)的具體應(yīng)用，增強(qiáng)GPS測(cè)量工作效率及質(zhì)量的有效方法等。

關(guān)鍵詞:GPS技術(shù)；建筑；測(cè)量

收稿日期：2015-03-01；修回日期：2015-03-02

作者簡(jiǎn)介：楊李(1980-),女,安徽亳州人，工程師，碩士生，主要從事《工程測(cè)量》、《控制測(cè)量》、《地籍測(cè)量》等課程的教學(xué)與研究。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2015.02.013

中圖分類(lèi)號(hào)：P228.4

The application of GPS technology in the construction egnineering surveying

YANG Li

(Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectic Power, Hefei 231603,China)

Abstract:This paper introduces the characteristics and advantage of GPS technology, the concrete application of GPS technology, enhance work efficiency and quality of the GPS to methods are given.

Key words: GPS technology; building construction; measurement

GPS技術(shù)是一種新型的工程測(cè)量方法，其定位作用主要是利用衛(wèi)星完成，這種技術(shù)具有很強(qiáng)的進(jìn)步性、劃時(shí)代性以及創(chuàng)新性。GPS技術(shù)幾乎不受外界因素、干擾，能夠大大增強(qiáng)測(cè)量數(shù)據(jù)及結(jié)果的可靠性、精準(zhǔn)度。在建筑工程測(cè)量環(huán)節(jié)投入應(yīng)用GPS技術(shù)，還能降低作業(yè)難度，進(jìn)而縮短作業(yè)時(shí)間。本文對(duì)GPS技術(shù)的組成、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、以及其在建筑工程項(xiàng)目測(cè)量工作中的應(yīng)用進(jìn)行探究。

1　GPS技術(shù)原理及其組成

1.1GPS技術(shù)原理

GPS技術(shù)，也稱全球定位系統(tǒng)，是一種高新技術(shù)。其原理基于距離交會(huì)法。如圖1所示。衛(wèi)星裝置通常會(huì)發(fā)出一定的信號(hào)，即GPS信號(hào)。GPS技術(shù)的工作原理主要為在某一區(qū)域、位置安裝GPS信號(hào)接收設(shè)備，使該接收設(shè)備接收到2顆衛(wèi)星以上的GPS信號(hào)，再使用數(shù)據(jù)處理方式分析、處理該GPS信號(hào)接收設(shè)備所接收的GPS信號(hào)，并將信號(hào)的實(shí)際發(fā)出位置、衛(wèi)星以及信號(hào)接收器之間的實(shí)際距離計(jì)算出來(lái)，然后使用距離交會(huì)法，以所得出的計(jì)算結(jié)果也就是測(cè)量值為基礎(chǔ)，將GPS信號(hào)接收裝置的各個(gè)坐標(biāo)值計(jì)算出來(lái)，并根據(jù)坐標(biāo)值繪制三維立體坐標(biāo)。使用GPS測(cè)量技術(shù)開(kāi)展建筑工程項(xiàng)目測(cè)量工作時(shí)，大部分工程測(cè)量工作會(huì)選擇地面固定坐標(biāo)裝置開(kāi)展工程測(cè)量施工，同時(shí)衛(wèi)星的GPS信號(hào)主要是由GPS接收裝置接收，然后由相應(yīng)的軟件系統(tǒng)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，大大減少了人工工作量。

圖1交會(huì)法

1.2GPS技術(shù)組成

GPS技術(shù)主要是由3部分組成，即空間衛(wèi)星群、GPS接收裝置以及地面監(jiān)控系統(tǒng)。其中地面監(jiān)控系統(tǒng)最為重要，它主要由5個(gè)監(jiān)測(cè)站、1個(gè)主控站及3 3注入站組成。GPS接收裝置是GPS信號(hào)主要的接收系統(tǒng)，具有追蹤功能，它由3部分組成，即天線、主機(jī)及電源；空間衛(wèi)星群一般包括24顆衛(wèi)星，其中3顆衛(wèi)星屬于備用衛(wèi)星，其他衛(wèi)星屬于工作衛(wèi)星，另外空間衛(wèi)星通常分布于6條不同的軌道中，如圖2所示。

圖2GPS組成

2　GPS技術(shù)的特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)

2.1GPS技術(shù)特點(diǎn)

(1)功能多、用途廣。GPS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，它可用于測(cè)量、導(dǎo)航，也能用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度能達(dá)到0.1m/s，測(cè)時(shí)可以達(dá)到10×10-9s。

(2)定位精度高。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)和實(shí)時(shí)差分定位(RTD)定位精度可達(dá)到厘米級(jí)和分米級(jí)，工程測(cè)量所需的精度，能夠得到充分的滿足。其精度如表1所列。隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展，其精度還可進(jìn)一步提高。

表1　GPS實(shí)時(shí)定位、測(cè)速與測(cè)時(shí)精度

(3)實(shí)時(shí)定位觀測(cè)時(shí)間短。目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)相對(duì)定位模式，觀測(cè)20km以內(nèi)的基線所需觀測(cè)時(shí)間，對(duì)于單頻接收機(jī)在1h左右，對(duì)于雙頻接收機(jī)僅需15～20min。采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式，流動(dòng)站初始化觀測(cè)1～5min后，并可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒。

(4)觀測(cè)站之間無(wú)需通視。GPS技術(shù)只要求測(cè)站15°以上的空間視野開(kāi)闊，衛(wèi)星信號(hào)良好，即可進(jìn)行建筑工程測(cè)量和放樣，不需要待放樣點(diǎn)和控制點(diǎn)之間的通視。這樣就使得選點(diǎn)工作變得非常靈活，完全可以根據(jù)工作的需要來(lái)確定點(diǎn)位，省去了傳統(tǒng)測(cè)量中的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作。需要指出的是，GPS技術(shù)雖然不要求觀測(cè)站之間相互通視，但為了方便用常規(guī)方法聯(lián)測(cè)的需要，在布設(shè)GPS點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該保證至少1個(gè)方向通視。

(5)操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。在建筑工程測(cè)量時(shí)，測(cè)量員只要安裝并開(kāi)關(guān)儀器、量取天線高、采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其他工作，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成。結(jié)束觀測(cè)時(shí)，僅需關(guān)閉電源，收好接機(jī)。

(6)全球全天候作業(yè)。目前GPS衛(wèi)星保證了全球地面被連續(xù)覆蓋，使得在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)候無(wú)論白天和黑夜都可以進(jìn)行觀測(cè)工作，除特殊天氣(雷雨天氣不宜觀測(cè))。

2.2GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)GPS技術(shù)的特點(diǎn)，可以得到GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，它的很多步驟均為自動(dòng)化完成，操作簡(jiǎn)單，不僅增強(qiáng)了測(cè)量工作的質(zhì)量以及效率，同時(shí)也縮小了測(cè)量的工作量，降低了測(cè)量的難度。由于相應(yīng)GPS軟件能自動(dòng)繪制三維坐標(biāo)圖等，不僅提升了測(cè)繪結(jié)果的有效性、正確性，同時(shí)還降低了工作的難度。GPS測(cè)量技術(shù)還可以用在長(zhǎng)距離測(cè)量工作中，同時(shí)其測(cè)量的精準(zhǔn)度與測(cè)量距離成正比，這是傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)所不能比擬的。另外GPS測(cè)量方法還擁有測(cè)量手段多變、測(cè)量時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，以廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量工作中，并在建筑工程項(xiàng)目測(cè)量工作中的范圍越來(lái)越廣。

3　在建筑工程測(cè)量工作中GPS技術(shù)的應(yīng)用

3.1GPS技術(shù)設(shè)計(jì)

(1)GPS技術(shù)的設(shè)計(jì)精度確定。由于需要將GPS技術(shù)的設(shè)計(jì)精度控制在一定范圍之內(nèi)，所以相關(guān)建筑部門(mén)需以建設(shè)工程的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，比如說(shuō)所在區(qū)域的建筑分布情況等等，確定設(shè)計(jì)精度。一般GPS技術(shù)的首級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)可以選用城市或者是二級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，然后以此為基準(zhǔn)，將測(cè)量區(qū)域最弱部分的誤差控制在10-4，并將平均邊的長(zhǎng)度控制在1 000 m范圍之內(nèi)，以保證測(cè)量精準(zhǔn)的。

(2) GPS技術(shù)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)以及網(wǎng)形設(shè)置、構(gòu)建方法。大部分GPS測(cè)量裝置，會(huì)布設(shè)由12個(gè)控制點(diǎn)組成的控制網(wǎng)，其中5個(gè)控制點(diǎn)為高程控制，2個(gè)控制點(diǎn)需對(duì)已知平面進(jìn)行聯(lián)測(cè)。GPS測(cè)量裝置通常會(huì)選取3臺(tái)左右的GPS信息接收儀器開(kāi)展測(cè)量觀測(cè)工作，并使用邊連方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布置，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面、整體控制。

3.2GPS技術(shù)的測(cè)量方法

雖然GPS測(cè)量點(diǎn)之間需要具有一定的通視，但是現(xiàn)在還沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定對(duì)通視進(jìn)行約束，所以可以根據(jù)工程需求，設(shè)計(jì)、選擇、確定圖形結(jié)構(gòu)。但是GPS測(cè)量系統(tǒng)的精準(zhǔn)度會(huì)受到測(cè)量點(diǎn)的影響，進(jìn)而影響到接下來(lái)的測(cè)量工作，所以一定要根據(jù)一些規(guī)律選擇應(yīng)用測(cè)量點(diǎn)：各個(gè)測(cè)量點(diǎn)最好有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)，可以通視的測(cè)量點(diǎn)，以降低后期測(cè)量工作的難度；為了確保GPS系統(tǒng)能夠全面、有效收發(fā)信號(hào)，超過(guò)測(cè)量點(diǎn)高度十五度的范圍之內(nèi)不可以有任何障礙物；另外測(cè)量點(diǎn)的位置直接影響到GPS觀測(cè)的質(zhì)量以及效果，所以為了保證GPS測(cè)量工作的有效性、合理性，首先應(yīng)保證選點(diǎn)位置的正確，也就是以測(cè)量計(jì)劃為基礎(chǔ)，確定選點(diǎn)位置。通常情況下，選點(diǎn)位置應(yīng)當(dāng)安排在沒(méi)有障礙物，同時(shí)視野較為開(kāi)闊的場(chǎng)所，以及周?chē)鷽](méi)有電磁源的區(qū)域，放置GPS測(cè)量裝置受到電磁源的影響。在選定好測(cè)量點(diǎn)的位置之后，需妥善安置以及保存各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的位置，以增強(qiáng)原點(diǎn)的利用率以及效果，進(jìn)而降低后期測(cè)量的成本造價(jià)，對(duì)于測(cè)量網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)具有極強(qiáng)的價(jià)值、意義；在確定好各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位之后，需以測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在點(diǎn)位上埋設(shè)標(biāo)，同時(shí)詳細(xì)記錄下各個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

3.3數(shù)據(jù)處理方法

在做好觀測(cè)工作之后，需處理已經(jīng)分析、整理測(cè)繪工作中所得到的各種數(shù)據(jù)。基線解算以及網(wǎng)平差解算這是兩種主要的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。在利用GPS技術(shù)測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作時(shí)，不僅能夠靈活選擇、應(yīng)用于測(cè)量點(diǎn)，還可以使用不同測(cè)量方式，測(cè)量手段多，同時(shí)操作也簡(jiǎn)單易行。另外GPS測(cè)量系統(tǒng)的智能化高、自動(dòng)化程度強(qiáng)，再加上科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、前進(jìn)，GPS測(cè)量系統(tǒng)裝置只需很短的時(shí)間就能夠完成測(cè)量工作，同時(shí)強(qiáng)度也有所減少，所以綜合來(lái)看，只有衛(wèi)星分布情況以及信號(hào)接收質(zhì)量會(huì)關(guān)系到GPS系統(tǒng)裝置的測(cè)量結(jié)果。因此在進(jìn)行工程測(cè)繪作業(yè)時(shí)，需看重所有的測(cè)繪數(shù)據(jù)。如果測(cè)繪結(jié)果偏差比較大，為了提升數(shù)據(jù)的正確性，則需進(jìn)行多次測(cè)繪或者是重新測(cè)繪。快速靜態(tài)測(cè)量以及靜態(tài)測(cè)量是GPS測(cè)繪系統(tǒng)裝置主要的構(gòu)成部分，如果這兩部分的接收機(jī)所能夠達(dá)到的精度大小基本相同，則可以達(dá)到標(biāo)稱精度。若由于點(diǎn)位位置的原因，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏差性較大，同時(shí)通過(guò)計(jì)算之后仍舊出現(xiàn)偏差情況，則需優(yōu)化、調(diào)整觀測(cè)時(shí)段，以減少影響計(jì)算結(jié)果的各因素。另外多路徑效應(yīng)問(wèn)題也會(huì)造成信號(hào)狀況不良，或者是各期數(shù)據(jù)信息的差值大小不超過(guò)限差值，就此一定要綜合考慮多方面因素，并對(duì)數(shù)據(jù)信息施以整理以及分析。

4　增強(qiáng)GPS測(cè)量工作效率及質(zhì)量的有效手段

在建筑工程項(xiàng)目測(cè)量工作中，GPS技術(shù)已經(jīng)體現(xiàn)出了很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，然而隨著GPS技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，使用力度越來(lái)越強(qiáng)，GPS技術(shù)也出現(xiàn)了很多的問(wèn)題。比如說(shuō)，盡管GPS測(cè)量技術(shù)的可靠性以及精確度非常高，如果在使用之前沒(méi)有使用常規(guī)測(cè)量方法對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差，所以測(cè)量人員應(yīng)對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)施以常規(guī)校隊(duì)，以提升GPS技術(shù)的可靠性以及精確度；由于GPS技術(shù)的可靠性以及精準(zhǔn)度會(huì)受到很多因素的影響，所以在使用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目測(cè)量工作時(shí)，相關(guān)測(cè)量人員應(yīng)按照操作要求、規(guī)范嚴(yán)格操作步驟，另外測(cè)量人員還需根據(jù)規(guī)范要求操作使用各種設(shè)備、儀器，能夠正確處理測(cè)量工作中可能會(huì)發(fā)生的問(wèn)題以及誤差，能夠根據(jù)工程實(shí)情選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量區(qū)域、地點(diǎn)，并可以以施工現(xiàn)場(chǎng)情況為基礎(chǔ)，科學(xué)使用、選擇GPS測(cè)量手段；最后使用GPS技術(shù)開(kāi)展建筑項(xiàng)目測(cè)量工程，盡管能夠提升測(cè)量工作效率，減少測(cè)量成本，然而由于前期需要購(gòu)買(mǎi)或者是租用各種GPS測(cè)量?jī)x器、設(shè)備，再加上這些儀器設(shè)備所需求的技術(shù)水平綜合性高、整體性強(qiáng)，所以為了使GPS測(cè)量?jī)x器、設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，正常使用，需選擇具有一定經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)素質(zhì)水平也比較高的工作人員使用、操作這些儀器、設(shè)備。

5　結(jié)束語(yǔ)

建筑工程項(xiàng)目測(cè)量過(guò)程中，投入使用GPS技術(shù)，能夠確保工程測(cè)量順利完成。另外GPS技術(shù)本身具有一定的適應(yīng)性以及優(yōu)越性，能夠產(chǎn)生非常大的社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益，能夠有效降低工程測(cè)量難度，進(jìn)而節(jié)省一定的造價(jià)、人力以及物力。但是從實(shí)際情況上來(lái)看，GPS技術(shù)仍舊存在很多的不足之處，需要進(jìn)一步的優(yōu)化、改善，這樣才能夠更好的滿足建筑工程項(xiàng)目測(cè)量需求。

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(責(zé)任編輯胡進(jìn))