工程測量中GPS技術存在的問題及解決措施

文/高一文

作為工程建設的重要環節，工程測量對數據準確度要求很高。一旦測量數據出現問題，導致整個工程質量受到影響。為了提升工程測量精度，避免資源不必要浪費，同時保障工程建設質量，人們將GPS技術應用到了工程測量當中。但由于各種主觀及客觀因素的影響，工程測量中GPS技術的應用存在一些問題有待解決。現以道路工程為例，討論GPS技術的應用、應用問題及問題解決措施，希望能夠對我國工程測量技術的發展提供理論幫助。

1 工程測量中GPS技術的應用

1.1 工程控制網建設

工程控制網說的是為工程建設布設的專用測量控制網，其作用在于為各項測量工作提供位置基準，滿足工程建設不同階段測繪的要求，其建立一般根據工程類型、規模及所處地形而定。在道路工程中應用GPS技術建設工程控制網，不受地形限制，可在某一特定精度下直接選定待測點的WGS-84坐標，而相鄰觀測點間無需通視，其坐標也無需逐級傳遞。所以，測量中并無傳遞誤差。由此可見，GPS技術對減少道路工程測量誤差有重要作用。值得一提的是，由于GPS絕對定位的定位精度較低，所以道路工程中常用GPS相對定位。比如說布設四等級道路平面控制網，根據道路工程實際，沿道路走向平均450米左右布設一對GPS控制點，采用邊連式的控制網，確定其滿足多余觀測需求。為保證選點可靠性，選定兩個控制網的起算點，獲得坐標轉換參數。為避免信號干擾及施工影響，將控制點布設在施工紅線外滿足通視需求的地方。

1.2 變形監測

變形監測說的是對工程變形現象的持續監測、對變形形態的分析與對發展態勢的預測，其目的在于反饋設計施工質量，研究正常的施工變形規律及預報變形的方法。在道路工程中應用GPS技術進行變形監測，能同時測定點的三維位移，可消除或削減系統誤差對所測變形量的影響，也可直接用大地高進行垂直變形測量，避免高程轉化中的精度損失。現階段，應用GPS技術進行道路變形監測可用連續性監測和周期性重復監測兩種模式。比如，對于橋梁的靜動載試驗，可采用連續性監測模式；對于道路地面沉降，采用周期性重復監測模式，以獲取變形信息及其特征。

1.3 水準點測定

水準點說的在高程控制測量時埋沒的高程控制點標志，其作用在于指導施工。在道路工程測量中應用GPS進行水準點測定，主要采用GPS高程擬合方法。先通過聯測得到高程異常值，再根據實際需求選擇二次曲面擬合法、平面擬合法、多面函數擬合法、最小二乘法配置法等方法進行GPS高程轉換，最后得到正常高程。據相關工程建設實踐證明，用GPS擬合出的正常高程能滿足四等水準測量精度的要求，對節約工程建設成本有重要作用。

2 工程測量中GPS技術應用中存在的問題

2.1 技術限制

雖然工程測量中GPS的定位及測量精度已經達到了厘米甚至是毫米級，但由于GPS對無線定位技術的依賴性較強，需要靠無線信號進行連接，而信號傳輸必須具備連續性，所以在信號傳輸方面存在技術上的限制。這樣，在一些隱蔽性和存在遮擋的地方進行施工時，就不能使用GPS開展工程測量工作了。比如，深基坑邊坡支護的變形監測、隧道工程地下控制網鋪設、橋梁靜載試驗，因為受到地面、施工設備等的遮擋，所以GPS信號不強，導致接收器沒有辦法連續接收信號，甚至是接收不到信號，從而造成測量精度不達標。再如，測站周圍高度角15度以上存在成片障礙物，測站離微波信號發射臺、變壓器、高壓線距離較近，測站周圍有圍墻、廣告牌等反射信號物，都會影響測量精度。另外，在信號接收不到的情況下，很大程度上會發生觀測值跳躍，不僅會影響測量數據準確性，也會阻礙工程建設進程，還有可能會使人員產生消極情緒。

2.2 人員水平欠缺

在工程測量中應用GPS測量技術，涉及到數學、工程、技術、機械等多個學科的知識，包含較多的工序，這就對技術人員及操作人員的業務水平提出了更高的要求。但是，現階段的工程建設單位或部門中，大多人員并不具備豐富的、與GPS測量技術應用有關的知識，對GPS設備及相關操作掌握不熟練，也不能獨立解決其應用中出現的問題，從而造成數據測量準確度缺失的問題。另外，隨著GPS的應用，管理人員承擔的任務直線上升。不僅要對工程建設現場管理工作進行有效規劃，合理安排現場施工人員，還要按照工程建設要求及國家標準對測量及施工情況進行嚴格管控。但實際上，大多管理人員的現場管理能力及對GPS技術的認識還有待進一步提高。

2.3 現場管理不到位

GPS技術下的工程測量包括施測前信息收集、設備安裝、人員組織、測量技術擬定、技術設計書編寫（主要是GPS控制網基準和精度設計）、衛星可視性預報、最佳觀測時段選擇、接收機調度計劃制定等，內容繁多，工序復雜，而且對精度的要求很高。要有效完成測量工作，達到測量精度要求，必須做好現場管理工作。但從當前部分道路工程測量現場管理情況來看，仍舊存在工作不到位的問題。具體表現為，施測前對工程建設周圍的水文地質環境、當地氣候條件等信息搜集不全面；對GPS設備管理不重視，導致其周圍存在少量遮擋物；不能根據實際工程測量需求調配現場技術與操作人員，造成部分工序人員不足現象；沒有嚴格管控技術交接流程，引起技術斷層；忽略GPS測量技術的缺陷，沒有嚴格監督技術及操作人員進行復測。

3 解決工程測量中GPS技術應用問題的措施

3.1 增強GPS信號及其抗干擾能力

經以上分析可知，在工程測量中應用GPS的顯著問題之一就是GPS信號容易受到外界環境的影響。所以，在應用GPS時，相關部門及單位需要增強GPS信號及其抗干擾能力。一方面，在GPS信號接收機上加裝GPS信號放大器，由接收天線快速鎖定GPS衛星信號，經同軸電纜將衛星射頻信號導入GPS-DSP主機完成信號放大、濾波及信號分配，再經發射天線將信號覆蓋到收不到衛星信號的地方。另一方面，清除測站周圍可以被清理的遮擋，確定其周圍高度角15度以上沒有成片障礙物，以及圍墻、廣告牌、大面積水域等反射信號物，并將其與微波信號發射臺、高壓線、變壓器等的距離控制在200m以外，以減少外界環境對GPS信號的干擾。

3.2 加強人員培訓

技術、操作與管理人員的知識技能水平與業務水平的高低與否直接影響GPS測量的準確度，關系到工程測量的進展。所以，在應用GPS時，相關部門及單位需要在不影響工程建設的基礎上加強人員培訓。

（1）開展GPS基礎知識培訓，包括GPS的概念、發展過程、系統組成、系統指標、GPS信號、定位原理、定位方式、測距原理及實現、誤差來源、衛星幾何圖形結構、誤差虛弱的方法、差分定位、干擾及抗干擾、常用GPS技術、GPS測量常用坐標系等。

（2）開展GPS技術培訓，包括GPS靜態測量與數據處理、GPS RTK測量、GPS高程測量等。

（3）開展GPS設備安裝及使用培訓，明確指出設備安裝及使用要點、注意事項。

（4）開展計算機操作培訓，包括常用數據分析軟件、測量軟件、網絡操作平臺等。

3.3 嚴格落實現場管理工作

現場管理工作是增強工程測量有效性的重要保障之一，也是提高工程建設效率及質量的重要途徑之一。因此，在應用GPS時，相關單位或部門需要嚴格貫徹落實現場管理工作。例如，監督技術人員做好實測前的勘查工作，確保其收集到工程建設周圍水文地質環境、氣候條件等的全面信息；注重GPS設備管理，保證其周圍不存在成片障礙物、信號干擾物及反射信號物；根據工程測量需求合理調配技術及操作人員，確保每一工序、每一設備都有人負責；嚴格把控技術交接流程，一道工序完成時，報審批后進行下一道工序；重視GPS技術缺陷，嚴格監督技術及操作人員復測。

4 結語

綜上所述，在工程測量中，GPS技術可應用于工程控制網建設、變形監測及水準點測定等方面，對提高工程測量精度、節約工程建設成本有重要作用。從當前GPS技術在工程測量中的應用情況來看，其中存在技術限制、人員水平欠缺、現場管理不到位等問題。要解決這些問題，相關單位或部門應當注重增強GPS信號及其抗干擾能力，并加強對技術人員、操作人員及管理人員的培訓，同時嚴格落實現場管理工作，從而實現GPS技術在工程測量中的有效應用，在提高工程建設效率與質量的同時，促進GPS測量技術的發展。