GPS技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用

GPS技術(shù)在建筑工程測量中的應(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)的特點及優(yōu)勢，GPS技術(shù)的具體應(yīng)用，增強GPS測量工作效率及質(zhì)量的有效方法等。

關(guān)鍵詞:GPS技術(shù)；建筑；測量

收稿日期：2015-03-01；修回日期：2015-03-02

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

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2015.02.013

中圖分類號：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)具有很強的進步性、劃時代性以及創(chuàng)新性。GPS技術(shù)幾乎不受外界因素、干擾，能夠大大增強測量數(shù)據(jù)及結(jié)果的可靠性、精準(zhǔn)度。在建筑工程測量環(huán)節(jié)投入應(yīng)用GPS技術(shù)，還能降低作業(yè)難度，進而縮短作業(yè)時間。本文對GPS技術(shù)的組成、特點、優(yōu)勢、以及其在建筑工程項目測量工作中的應(yīng)用進行探究。

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法。如圖1所示。衛(wèi)星裝置通常會發(fā)出一定的信號，即GPS信號。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，再使用數(shù)據(jù)處理方式分析、處理該GPS信號接收設(shè)備所接收的GPS信號，并將信號的實際發(fā)出位置、衛(wèi)星以及信號接收器之間的實際距離計算出來，然后使用距離交會法，以所得出的計算結(jié)果也就是測量值為基礎(chǔ)，將GPS信號接收裝置的各個坐標(biāo)值計算出來，并根據(jù)坐標(biāo)值繪制三維立體坐標(biāo)。使用GPS測量技術(shù)開展建筑工程項目測量工作時，大部分工程測量工作會選擇地面固定坐標(biāo)裝置開展工程測量施工，同時衛(wèi)星的GPS信號主要是由GPS接收裝置接收，然后由相應(yīng)的軟件系統(tǒng)對接收到的信號進行處理，大大減少了人工工作量。

圖1交會法

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個監(jiān)測站、1個主控站及3 3注入站組成。GPS接收裝置是GPS信號主要的接收系統(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)的特點及其優(yōu)勢

2.1GPS技術(shù)特點

(1)功能多、用途廣。GPS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，它可用于測量、導(dǎo)航，也能用于測速、測時。測速的精度能達到0.1m/s，測時可以達到10×10-9s。

(2)定位精度高。實時動態(tài)定位(RTK)和實時差分定位(RTD)定位精度可達到厘米級和分米級，工程測量所需的精度，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，其精度還可進一步提高。

表1　GPS實時定位、測速與測時精度

(3)實時定位觀測時間短。目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)相對定位模式，觀測20km以內(nèi)的基線所需觀測時間，對于單頻接收機在1h左右，對于雙頻接收機僅需15～20min。采用實時動態(tài)定位模式，流動站初始化觀測1～5min后，并可隨時定位，每站觀測僅需幾秒。

(4)觀測站之間無需通視。GPS技術(shù)只要求測站15°以上的空間視野開闊，衛(wèi)星信號良好，即可進行建筑工程測量和放樣，不需要待放樣點和控制點之間的通視。這樣就使得選點工作變得非常靈活，完全可以根據(jù)工作的需要來確定點位，省去了傳統(tǒng)測量中的傳算點、過渡點的測量工作。需要指出的是，GPS技術(shù)雖然不要求觀測站之間相互通視，但為了方便用常規(guī)方法聯(lián)測的需要，在布設(shè)GPS點時，應(yīng)該保證至少1個方向通視。

(5)操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。在建筑工程測量時，測量員只要安裝并開關(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、跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成。結(jié)束觀測時，僅需關(guān)閉電源，收好接機。

(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、任何時候無論白天和黑夜都可以進行觀測工作，除特殊天氣(雷雨天氣不宜觀測)。

2.2GPS技術(shù)的優(yōu)勢

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

3　在建筑工程測量工作中GPS技術(shù)的應(yīng)用

3.1GPS技術(shù)設(shè)計

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

(2) GPS技術(shù)設(shè)計的基準(zhǔn)以及網(wǎng)形設(shè)置、構(gòu)建方法。大部分GPS測量裝置，會布設(shè)由12個控制點組成的控制網(wǎng)，其中5個控制點為高程控制，2個控制點需對已知平面進行聯(lián)測。GPS測量裝置通常會選取3臺左右的GPS信息接收儀器開展測量觀測工作，并使用邊連方式對網(wǎng)絡(luò)進行布置，應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)進行全面、整體控制。

3.2GPS技術(shù)的測量方法

雖然GPS測量點之間需要具有一定的通視，但是現(xiàn)在還沒有嚴(yán)格的規(guī)定對通視進行約束，所以可以根據(jù)工程需求，設(shè)計、選擇、確定圖形結(jié)構(gòu)。但是GPS測量系統(tǒng)的精準(zhǔn)度會受到測量點的影響，進而影響到接下來的測量工作，所以一定要根據(jù)一些規(guī)律選擇應(yīng)用測量點：各個測量點最好有一個與之對應(yīng)，可以通視的測量點，以降低后期測量工作的難度；為了確保GPS系統(tǒng)能夠全面、有效收發(fā)信號，超過測量點高度十五度的范圍之內(nèi)不可以有任何障礙物；另外測量點的位置直接影響到GPS觀測的質(zhì)量以及效果，所以為了保證GPS測量工作的有效性、合理性，首先應(yīng)保證選點位置的正確，也就是以測量計劃為基礎(chǔ)，確定選點位置。通常情況下，選點位置應(yīng)當(dāng)安排在沒有障礙物，同時視野較為開闊的場所，以及周圍沒有電磁源的區(qū)域，放置GPS測量裝置受到電磁源的影響。在選定好測量點的位置之后，需妥善安置以及保存各個測量點的位置，以增強原點的利用率以及效果，進而降低后期測量的成本造價，對于測量網(wǎng)絡(luò)來說具有極強的價值、意義；在確定好各個觀測點的點位之后，需以測量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在點位上埋設(shè)標(biāo)，同時詳細記錄下各個測量點。

3.3數(shù)據(jù)處理方法

在做好觀測工作之后，需處理已經(jīng)分析、整理測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)測量進行數(shù)據(jù)處理工作時，不僅能夠靈活選擇、應(yīng)用于測量點，還可以使用不同測量方式，測量手段多，同時操作也簡單易行。另外GPS測量系統(tǒng)的智能化高、自動化程度強，再加上科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、前進，GPS測量系統(tǒng)裝置只需很短的時間就能夠完成測量工作，同時強度也有所減少，所以綜合來看，只有衛(wèi)星分布情況以及信號接收質(zhì)量會關(guān)系到GPS系統(tǒng)裝置的測量結(jié)果。因此在進行工程測繪作業(yè)時，需看重所有的測繪數(shù)據(jù)。如果測繪結(jié)果偏差比較大，為了提升數(shù)據(jù)的正確性，則需進行多次測繪或者是重新測繪。快速靜態(tài)測量以及靜態(tài)測量是GPS測繪系統(tǒng)裝置主要的構(gòu)成部分，如果這兩部分的接收機所能夠達到的精度大小基本相同，則可以達到標(biāo)稱精度。若由于點位位置的原因，導(dǎo)致測量結(jié)果偏差性較大，同時通過計算之后仍舊出現(xiàn)偏差情況，則需優(yōu)化、調(diào)整觀測時段，以減少影響計算結(jié)果的各因素。另外多路徑效應(yīng)問題也會造成信號狀況不良，或者是各期數(shù)據(jù)信息的差值大小不超過限差值，就此一定要綜合考慮多方面因素，并對數(shù)據(jù)信息施以整理以及分析。

4　增強GPS測量工作效率及質(zhì)量的有效手段

在建筑工程項目測量工作中，GPS技術(shù)已經(jīng)體現(xiàn)出了很強的優(yōu)勢，然而隨著GPS技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，使用力度越來越強，GPS技術(shù)也出現(xiàn)了很多的問題。比如說，盡管GPS測量技術(shù)的可靠性以及精確度非常高，如果在使用之前沒有使用常規(guī)測量方法對各數(shù)據(jù)進行校對，將會導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差，所以測量人員應(yīng)對GPS測量技術(shù)施以常規(guī)校隊，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)度會受到很多因素的影響，所以在使用GPS測量技術(shù)進行建筑工程項目測量工作時，相關(guān)測量人員應(yīng)按照操作要求、規(guī)范嚴(yán)格操作步驟，另外測量人員還需根據(jù)規(guī)范要求操作使用各種設(shè)備、儀器，能夠正確處理測量工作中可能會發(fā)生的問題以及誤差，能夠根據(jù)工程實情選擇適當(dāng)?shù)臏y量區(qū)域、地點，并可以以施工現(xiàn)場情況為基礎(chǔ)，科學(xué)使用、選擇GPS測量手段；最后使用GPS技術(shù)開展建筑項目測量工程，盡管能夠提升測量工作效率，減少測量成本，然而由于前期需要購買或者是租用各種GPS測量儀器、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，所以為了使GPS測量儀器、設(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)，正常使用，需選擇具有一定經(jīng)驗，同時素質(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

建筑工程項目測量過程中，投入使用GPS技術(shù)，能夠確保工程測量順利完成。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)生非常大的社會效益以及經(jīng)濟效益，能夠有效降低工程測量難度，進而節(jié)省一定的造價、人力以及物力。但是從實際情況上來看，GPS技術(shù)仍舊存在很多的不足之處，需要進一步的優(yōu)化、改善，這樣才能夠更好的滿足建筑工程項目測量需求。

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(責(zé)任編輯胡進)