GPS定位系統在建筑測量中的應用探究

張 勇

（滁州職業技術學院土木工程系， 安徽 滁州 239000）

隨著我國經濟的日益發展，我國在高層建筑、超高層建筑、大型工業廠房和精密儀器廠房等方面的建設范圍越來越廣，設計要求也隨之提升，實際施工中的精度要求和誤差控制要求也不斷提高，這些都對工程測量的精確度提出更高要求。因此，很多新技術被應用在工程測量中，GPS作為其中最具代表性也是最廣泛應用的一類技術，與測量設備結合程度越來越高，其技術理念和技術實施能力也日漸成熟。但作為一種科技含量較高的技術，其應用有優勢突出，在應用過程中設計人員和施工人員要綜合考慮GPS定位系統的特點，制定出合理的測量施工方案。

1 GPS定位系統概述

1.1 GPS定位系統工作原理

GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。用戶接收器到衛星的距離是記錄的衛星信號以光速在二者之間單程的時間為衡量標準的，但計算出的距離并不是衛星與接收器的實際距離。當GPS衛星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼發射導航電文。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第 1、2、3數據塊，其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時，提取出衛星時間并將其與用戶自身時鐘做對比便可得知衛星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置。用距離交會的方法求得p點的三維坐標 (xp，yp，zp ) ，其數學式為：

式 中 ：（xa，ya，za），（xb，yb，zb），（xc，yc，zc）分別為衛星 a、b、c 的空間直角坐標。一般， GPS 系統測量的坐標系統分為地固坐標系統與空間固定坐標系統兩類，建筑工程測量一般選擇地固坐標系統。

1.2 GPS定位系統技術特點

1.2.1 精確性

利用GPS測量系統，可以大大提高測量精度，彌補因全站儀和經緯儀操作而引起的測量誤差。利用GPS測量系統，控制點的選擇和點放線效果會更好，有利于提高放線測量的精確度。

1.2.2 可視性

運用GPS測量設備，可以形成三維可視模型，便于測量人員更好掌握放線情況。放線測量數通過分類歸檔的形式，更容易被掌握。在實際應用過程中，原始數據輸出和輸入都較為方便，便于測量復核工作的進行。

1.2.3 兼容性

作為一種數據形式載體，GPS測量系統的數據可以在多種形式的數據載體上呈現，也可以通過格式轉換的形式，直接應用于其他相關工作系統中。尤其在BIM技術日益崛起的今天，信息共享性和信息兼容性的要求不斷提高，這也為GPS測量系統提供了廣闊的應用平臺。

1.3 GPS定位系統在工程測量中的應用要點

GPS系統的優勢是明顯的，但其作為一個信號接收與傳輸的過程，其應用條件受周圍環境和地形限制。在實際應用過程中，一定要注意周圍地形和地物的狀態，保證接收裝置在較為空曠的地形中應用，周圍沒有較高的遮蔽物阻擋信號，影響測量精度。同時，測量人員需對GPS測量設備有專業的認識，并且能熟練操作，尤其是放線相關工作的專業性得到保證。

2 房屋建筑測量過程中GPS定位系統的具體應用

2.1 GPS測量的技術設計

以《全球定位系統城市測量技術規程(CJJ 73-97)》和《城市測量規范》作為GPS測量技術設計的主要依據。同時，建設單位與施工單位簽訂的相關施工合同也應當作為設計的參考，合同中對于GPS測量技術設備的相關條件規定必須嚴格執行。

在控制網的選擇上，應當選擇城市或工程二級GPS網作為測區一級控制網，以保證測量精度符合施工標準。測量范圍內各邊的誤差最大不能超過1/10000，測量區域的邊長也應當得到控制，平均邊長不得大于一千米。GP S 接收機精度的固定誤差a≤1 5 m m，比例誤差系數 b≤2 0× l 0-7。

根據現場實際情況，找到控制點，并進行區域劃分，控制點中至少存在兩個已知的平面控制點。選擇好控制點后，應根據實際地形條件，架設GPS接收器，保證信號接收良好，確定網型布設形式，對區域內的坐標、高程等數據進行采集。

利用GPS測量系統進行工程測量，不僅要考慮實際地形地貌，還要考慮到定位衛星服務狀態。當衛星數量不少于四顆且分布均勻時，即為最佳觀測狀態，測量效果更好，數據更加準確，且信號強度穩定。所以，設計人員應當將施工地點最佳測量時間編寫如施工技術交底，現場施工人員也應當根據實際情況編制測量時刻表和進度表。做好數據記錄和整理工作，保證測量的規律性和準確性。

2.2 GPS 測量的外業實施

在實際測量作業過程中，GPS測量系統應用的相關實際問題較多。為了能夠有效保證測量質量，應當在實際外業測量工作中注意實施要點。

2.2.1 測站點靈活布置

GPS測量測站點的選擇一定要靈活，其選擇不一定保證測量范圍內的通視性，只要保證控制點的準確和待測點的信號接收良好即可。在測站點的選擇上具有很大的空間，局限性較小。但這并不意味著可以隨意選擇測站點，因為工程測量是一個連續性較強的活動尤其對于港口航道工程、水利水電工程和公路工程等，其測站點的選擇不僅要保證一點的精確測量，還要保證后續點的測量精確度。

因此，在測站點的選擇上，應當至少保證其與一個待測點的通視性，便于連續作業，也便于后續點的復核工作。對于地形比較復雜，開闊地域較少的區域，測站點周圍仰角超過15度范圍內不允許出現障礙物，便于信號的接收，同時也可以減少測站點的數量，減少工作量。測站點的位置要保證其受外界干擾因素較少，尤其是較強的電磁場干擾，其周圍不應當出現大功率電氣設備和信號發射塔等干擾源。觀測地域不僅要保證視野開闊，還要對氣候條件予以重視，保證設備使用和存放安全性，條件較好的地形地貌更有利于觀測質量，減少觀測工作量。現場測量人員對選定的測站點要進行明顯的標記，避免其遭到其他施工人員的破壞，同時還要對其進行想起記錄、存檔，以便觀測和復測。

2.2.2 觀測工作流程

觀測根據GPS作業調度表的安排進行觀測，采取靜態相對定位，衛星高度角15° ，時段長度45 min，采樣間隔10s 。在3個點上同時安置3臺接收機天線 (對中、整平、定向) ，量取天線高，測量氣象數據，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關數據，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿。

測量過程中，控制點的確定是重點，在控制點處，應當保證接收器的水平，確保立桿的氣泡在圓圈范圍內。對待測點進行觀測時，應當按照測量區域，對其進行合理編號，存入手簿，保證數據的完整性和數據調出的便捷性。實際操作過程中，測量技術人員應當針對不同的測量區域建立不同的電子文檔，避免出現數據混亂而延誤施工進度。

2.2.3 數據處理

數據收集只是利用GPS定位系統進行放線測量的基礎工作，為了能夠利用數據指導工程建設，數據處理是很重要且必不可少的環節。利用計算機軟件，對GPS測量數據和GPS網數據進行處理，分為基線解算和網平差兩個階段。在實際測量工作中，要注意以下三點：

（1）控制網選點靈活

對于GPS控制網的選點工作，一定要堅持簡便的原則，布網工作的簡便是GPS定位系統應用于建筑測量的優勢，也是其為解決傳統測量儀器弊端的初衷。對于地形地貌較為復雜、空曠地域較小、測量難度較大的區域，GPS技術的應用極大減少了布網難度，更加有利于閉合回路的構建。但這并不代表其沒有突出的劣勢，在實際觀測中，GPS定位系統雖然減少了布網難度，減少了工作量和工作難度，但受地形限制，其中存在一些邊長較小，受此影響，其精度大打折扣。因此，對于精度要求較高的工程測量任務，應保證其邊長均大于300m，以保證測量精度。實在避免不了選擇短邊，也應當謹慎測量，盡量減少誤差。

（2）接收機自動化和智能化

為減少工作量和觀測準確性，要最大限度提升GPS接收機的自動化和智能化程度，提升工作效率。根據現場實際地形和地物情況，對受外界干擾較大的測量點進行復測，提高這些點的觀測精確度。同時，為保證信號強度和觀測精度，還應當注意選擇最佳觀測時段，保證輔助電子設備的正常使用，保證工作效率。

（3）數據兼容性較好

GPS 測量的數據傳輸和處理采用隨機軟件完成，只要保證接收衛星信號的質量和已知數據的數量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制點三維坐標。為保證控制點高程精度，需要選擇合適的高程點，高程點的個數也需要足夠多。

3 提升GPS定位系統測量質量的途徑

3.1 提升人員素質

圍繞GPS定位系統的技術手段，相關開發設計人員、施工測量人員和管理人員的專業素質應當得到保證。相關設備開發人員應當針對其設備可靠性和軟件適用性兩個方面最大限度對設備進行開發。工程設計人員也應當熟悉相關設備的性能，保證設備的選擇和使用能夠符合合同規定和規范標準，并且最大限度保證其經濟性和實用性。工程測量人員應具備較高的專業素質，較快熟悉設備，并能夠熟練操作，較好的完成測量任務，保證數據收集的精確性和完整性。施工管理人員應當更多考慮施工過程中的成本控制問題和工期控制問題，確定GPS定位系統相關設備的應用能夠提升工作效率，減少工作量，可控性強。同時還要注重新技術的使用，不斷優化技術，提高工作質量。

3.2 完善檢驗標準

對于測量中易出現的誤差，除了運用傳統的復測手段，還應當提高檢驗工作的技術含量，從而提高檢驗標準。只有進行測量檢驗標準的建立，才能在測量中實現對物聯網、云計算以及第三代通信技術等現代化網絡技術的充分應用，同步傳輸數據，實現信息的全面監督與及時分享，提升建筑工程的質量和公信度。做到檢驗標準的相對同一性，不因檢驗方式和人員的變化而變化。

3.3 先進技術引進

針對我國在GPS定位系統技術應用上仍存在的缺陷，為提升工程質量，需要針對工程測量中必要的精度控制要點，引進國外先進技術。在工程測量中充分應用 RTK 技術，在不進行控制點劃分情況下有效保證測量工作的效率和質量。相關工作人員只需要設定基準控制點，隨之地形點被有效測定，并且還可以利用專業的繪圖軟件實現地形的可視化。

4 結語

GPS定位系統在工程測量中的應用范圍越來越大，這是大勢所趨，在實際工程測量過程中，要保證該技術的應用效果發揮到最大。現場測量技術人員應當對該技術有清晰的認識，熟練掌握技術和施工要點，保證其能夠最大限度應用于工程測量，提升測量精確度，減少測量工作量，提高測量工作效率。要充分發揮GPS定位系統在工程測量中的優勢，從經濟性和高效性的角度，考慮相關設備的采購和使用，使其使用能夠達到預期效果，最大限度保證成本可控和工期可控，進而提高工程質量和項目效益。