智能GPS在建筑測(cè)量技術(shù)中的發(fā)展與應(yīng)用

吳興

摘要：智能化、自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新升級(jí)，帶動(dòng)了GPS技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，并為建筑工程測(cè)量的發(fā)展提供了更多技術(shù)支持。例如改革了建筑工程測(cè)量手段，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，降低了建筑測(cè)量難度，強(qiáng)化了建筑測(cè)量便利性，減少了建筑測(cè)量的人工、物資費(fèi)用等。據(jù)此，本文深入探討了GPS在建筑測(cè)量工程中的具體應(yīng)用以及優(yōu)化要點(diǎn)，期望能為相關(guān)研究提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);建筑工程;測(cè)量;應(yīng)用;優(yōu)化

全球定位技術(shù)，即GPS技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不僅極大程度提高了現(xiàn)代建筑工程測(cè)量的準(zhǔn)確度，降低了建筑工程測(cè)量的難度，還推動(dòng)了建筑工程測(cè)量的智能化、自動(dòng)化、科學(xué)化，使建筑工程人員能在不受溫差因素、日照因素、風(fēng)力因素干擾下控制平面軸線，實(shí)現(xiàn)高程傳遞，精確測(cè)量。因此，GPS技術(shù)在建筑工程測(cè)量領(lǐng)域愈加受到青睞。

1 GPS技術(shù)及其特征

GPS技術(shù)是由坐落在外太空的空間衛(wèi)星群與地面監(jiān)控系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)形成的系統(tǒng)，主要包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站、5個(gè)監(jiān)測(cè)站。其中，主控站的作用是向GPS衛(wèi)星發(fā)送控制命令，控制并調(diào)度衛(wèi)星;根據(jù)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，修正衛(wèi)星參數(shù)，并將其重新輸入到GPS內(nèi)部。監(jiān)測(cè)站的作用是接受GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，了解衛(wèi)星現(xiàn)階段的工作狀態(tài)。注入站的作用是依據(jù)主控站的指令，將數(shù)據(jù)注入到GPS內(nèi)。在衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)下，GPS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位、工程測(cè)量。

目前，GPS系統(tǒng)主要具有下列特征：

一是快速定位。GPS技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)間雖不長(zhǎng)，但各項(xiàng)配置都相對(duì)較完善。其中，定位所用為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式，可實(shí)現(xiàn)全天候定位，且呈現(xiàn)三維坐標(biāo)，應(yīng)用效率相對(duì)較高。此外，各觀測(cè)站間無(wú)需設(shè)置通視連接，便于靈活選擇定位地點(diǎn)。然而，觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)站上空應(yīng)具備開(kāi)闊性，否則GPS衛(wèi)星信號(hào)將無(wú)法被有效接收。

二是全天候觀測(cè)。因不同觀測(cè)站間無(wú)需進(jìn)行通視連接，人們可在任意地點(diǎn)、時(shí)間選擇碎片化或者連續(xù)性觀測(cè)，且觀測(cè)過(guò)程不會(huì)被天氣等多種外在因素干擾。同時(shí)，GPS技術(shù)觀測(cè)時(shí)間短暫。在GPS控制網(wǎng)加持下，每個(gè)觀測(cè)站都可在30-40分鐘內(nèi)完成觀測(cè)。若觀測(cè)時(shí)所采用的是快速靜態(tài)定位法，則GPS觀測(cè)時(shí)間將進(jìn)一步縮短，但觀測(cè)精確度不變。

三是定位精確度高。相比以往的定位測(cè)量技術(shù)，GPS定位測(cè)量精確度極高。通常而言，雙頻GPS接收定位數(shù)據(jù)的精確度保持在5mm+1×D左右，基本接近紅外儀表所測(cè)量的精度5mm+5×D。然而，比紅外儀表更優(yōu)越的是，GPS的長(zhǎng)距離定位更具優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)為：距離越長(zhǎng)，定位準(zhǔn)確度與精確度越高。

四是操作便捷。GPS定位測(cè)量技術(shù)的自動(dòng)化水平非常高。伴隨著GPS接收機(jī)的操作愈加簡(jiǎn)單，應(yīng)用GPS技術(shù)觀測(cè)時(shí)，僅整平、對(duì)中天線即可。若天線高度已知，則打開(kāi)電源，GPS技術(shù)即會(huì)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)、接收三維坐標(biāo)信息，從而大大提高了定位觀測(cè)的便利性，節(jié)省了相關(guān)人力成本、財(cái)力資源。

2 GPS技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用

應(yīng)用GPS技術(shù)處理建筑工程相關(guān)測(cè)量工序，即利用GPS接收機(jī)等多種設(shè)備，按既定工程測(cè)量計(jì)劃、測(cè)量方案進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，獲得具體的測(cè)量數(shù)據(jù)，再引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算測(cè)量所得工程數(shù)據(jù)，以便施工方準(zhǔn)確高效施工[1]。

2.1 測(cè)量地形地基

目前，建筑工程施工人員主要應(yīng)用GPS技術(shù)測(cè)量建筑地形以及地基參數(shù)，并據(jù)此數(shù)據(jù)確定每寸土地相應(yīng)的權(quán)屬界址點(diǎn)。不少建筑施工單位則通過(guò)GPS技術(shù)獲取地形、地基、房地產(chǎn)周邊數(shù)據(jù)，并提供給建筑工程項(xiàng)目管理部門重新調(diào)整平面圖及其面積，確保圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的比例尺能精確到厘米。相關(guān)測(cè)量實(shí)踐證明，應(yīng)用GPS技術(shù)測(cè)量建筑工程的待測(cè)點(diǎn)，可準(zhǔn)確高效地反饋各待測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，便于建筑工程設(shè)計(jì)人員、施工人員掌握所需數(shù)據(jù)，明確測(cè)繪情況，準(zhǔn)確分析、判斷工程建筑的待改進(jìn)之處，不斷提高建筑施工的安全性。基于GPS技術(shù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和分析，以使相關(guān)工作人員能及時(shí)獲取建筑的地形地基數(shù)據(jù)，合理籌劃后期工作。

2.2 監(jiān)測(cè)工程變形

建筑工程設(shè)計(jì)施工不到位時(shí)，工程施工或出現(xiàn)變形問(wèn)題。若不及時(shí)分析工程變形形態(tài)，掌握其施工變形規(guī)律，科學(xué)預(yù)測(cè)工程變形發(fā)展態(tài)勢(shì)，工程施工變形風(fēng)險(xiǎn)將愈發(fā)嚴(yán)重。因此，在修建建筑工程時(shí)，建筑工程師通常會(huì)引入并應(yīng)用GPS技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑變形，并監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)的變化，以便在最短時(shí)間內(nèi)消除或減少系統(tǒng)誤差，降低建筑變形量。部分建筑施工人員則引入大地高測(cè)量建筑的垂直變形，防止建筑高程在轉(zhuǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)精度失準(zhǔn)問(wèn)題。當(dāng)前，基于GPS技術(shù)的建筑工程變形監(jiān)測(cè)主要有兩種模式，一種是連續(xù)性監(jiān)測(cè)，另一種是周期性監(jiān)測(cè)，主要由建筑工程的特征決定。

2.3 測(cè)量施工水準(zhǔn)點(diǎn)

以往，建筑工程施工單位主要采用傳統(tǒng)手段測(cè)定施工水準(zhǔn)點(diǎn)，加上傳統(tǒng)測(cè)定技術(shù)無(wú)需提前進(jìn)行實(shí)地考察，導(dǎo)致測(cè)得的數(shù)據(jù)缺乏可靠性，測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)與施工水準(zhǔn)點(diǎn)間存在較大距離，連帶建設(shè)完成的工程工序出現(xiàn)瑕疵。直至GPS技術(shù)出現(xiàn)并用于測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)不精確問(wèn)題才得到有效解決。測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，GPS衛(wèi)星會(huì)先向地面GPS接收機(jī)發(fā)送信號(hào)，傳遞水準(zhǔn)點(diǎn)三維坐標(biāo)，使建筑工程人員獲得準(zhǔn)確水準(zhǔn)點(diǎn)。隨后，建筑人員依據(jù)此水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)著手施工，確保工程施工質(zhì)量，有效推進(jìn)施工進(jìn)度。

2.4 繪制大比例地圖

修建建筑工程前，首先要做好工程測(cè)量，繪制多個(gè)不同的工程建設(shè)地圖，以為施工單位提供指導(dǎo)。然而，施工單位不同，建筑工程地形圖的繪制方式不同，工程地圖比例以及形態(tài)不同。加上地圖繪制人員所得信息大多源自人工測(cè)量，準(zhǔn)確度與精確度不高，以致最終繪制形成的地圖無(wú)法為工程施工提供準(zhǔn)確有效指導(dǎo)。GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，則有效解決了這一問(wèn)題。首先，GPS技術(shù)基本不受外部自然環(huán)境因素影響，在大多數(shù)情況下均可準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)及相關(guān)信息;其次，GPS技術(shù)自帶監(jiān)測(cè)功能，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)并獲取各時(shí)期各部分的地圖數(shù)據(jù)，以便建筑施工人員準(zhǔn)確繪制大比例地圖，為建筑工程的修建提供最可靠的地圖指導(dǎo)。

2.5 編輯建筑工程圖

建筑工程圖的測(cè)量、編輯準(zhǔn)確性，直接影響到建筑工程的施工結(jié)果。因此，GPS技術(shù)出現(xiàn)后，建筑工程師愈加注重應(yīng)用GPS系統(tǒng)測(cè)量、收集建筑工程的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、界址線數(shù)據(jù)等，并將其綜合疊加起來(lái)，形成工程圖編輯所需數(shù)據(jù)。隨后，工程圖編輯人員引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有選擇地確定工程圖要素，明確輸出精度、工程圖比例尺等，編輯具有指導(dǎo)功能的工程圖。此時(shí)須注意的是，處理工程圖參數(shù)數(shù)值時(shí)，須將其和數(shù)據(jù)編輯聯(lián)系起來(lái)，再?gòu)亩嗑S度出發(fā)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)信息處理工程信息，明確建筑施工步驟編號(hào)。此外，測(cè)算建筑工程量前，嚴(yán)格查驗(yàn)建筑工程的坐標(biāo)串，防止工程的各類界線、線狀物出現(xiàn)打折問(wèn)題。若條件允許，可引入辛普森公式有序開(kāi)展計(jì)算。

2.6 分析測(cè)繪數(shù)據(jù)

應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)對(duì)建筑工程進(jìn)行測(cè)繪定位后，須由專業(yè)數(shù)據(jù)分析人員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貦z查、分析工程測(cè)量所得數(shù)據(jù)，以便及時(shí)剔除無(wú)用數(shù)據(jù)，縮短數(shù)據(jù)利用時(shí)間，同時(shí)使建筑工程設(shè)計(jì)、施工人員能及時(shí)獲取準(zhǔn)確的工程測(cè)量參數(shù)，消除錯(cuò)誤定位帶來(lái)的工程設(shè)計(jì)、工程施工問(wèn)題。考慮到工程測(cè)量情況多變，可在GPS技術(shù)基礎(chǔ)上引入RTK技術(shù)，形成移動(dòng)測(cè)繪站與基準(zhǔn)站，合理測(cè)繪工程地圖。相比傳統(tǒng)依靠測(cè)繪人員的測(cè)量操作，GPS技術(shù)測(cè)量操作更具便利性，僅須在預(yù)設(shè)位置上配置GPS信號(hào)接收器，即可展開(kāi)測(cè)量編碼活動(dòng)，及時(shí)獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)以獲取相應(yīng)效果圖。

3 GPS技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用優(yōu)化

3.1 增強(qiáng)GPS信號(hào)以加強(qiáng)抗干擾

應(yīng)用GPS技術(shù)開(kāi)展建筑工程測(cè)量工作時(shí)，GPS信號(hào)或多或少會(huì)被外界環(huán)境因素影響。因此，建筑工程相關(guān)部門在使用GPS技術(shù)時(shí)，要注重增強(qiáng)GPS信號(hào)，提高其抗干擾能力。在這方面，可采取下列改進(jìn)措施：一是在GPS信號(hào)接收設(shè)備上植入GPS信號(hào)放大器，由接收天線快速鎖定GPS衛(wèi)星信號(hào)，再通過(guò)同軸電纜在GPS-DSP主機(jī)內(nèi)引進(jìn)衛(wèi)星射頻信號(hào)，進(jìn)一步放大信號(hào)，加強(qiáng)信號(hào)濾波與分配，以便信號(hào)能覆蓋到更廣泛的區(qū)域，提高各點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確性。二是清楚監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)周邊的遮擋物，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)高度角15度之上沒(méi)有廣告牌、圍墻、大面積水域等成片障礙物，且距離高壓線、變壓器等設(shè)備高達(dá)200米以上，進(jìn)而避免或弱化外部環(huán)境因素破壞GPS信號(hào)。

3.2 優(yōu)化改進(jìn)GPS技術(shù)

應(yīng)用動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)或靜態(tài)GPS技術(shù)參與建筑工程測(cè)量工作時(shí)，都須先復(fù)核工程基準(zhǔn)點(diǎn)的精度，以確保工程測(cè)量的起算點(diǎn)和觀察點(diǎn)合理分布，從而降低GPS技術(shù)應(yīng)用局限性，縮小GPS技術(shù)測(cè)量誤差。在這方面，同樣建議拆除遮蔽GPS信號(hào)的成片障礙物，增強(qiáng)GPS信號(hào)，但同時(shí)，本文認(rèn)為建筑工程測(cè)量人員可進(jìn)一步引入常規(guī)儀器，通過(guò)水準(zhǔn)檢驗(yàn)以共同提高工程測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，確保城市測(cè)繪結(jié)果準(zhǔn)確可靠[2]。

3.3 統(tǒng)一應(yīng)用規(guī)范

GPS技術(shù)在我國(guó)建筑工程測(cè)量中應(yīng)用的時(shí)間還較短，各項(xiàng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章、細(xì)則、制度都有所欠缺，以致其應(yīng)用效率、應(yīng)用效果不甚理想。所以，相關(guān)部門有必要就此加速制定和完善GPS技術(shù)在我國(guó)建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，提高GPS的應(yīng)用可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，GPS在我國(guó)建筑工程測(cè)量中發(fā)揮著重要作用，包括測(cè)量地形地基、監(jiān)測(cè)工程變形、測(cè)量施工水準(zhǔn)點(diǎn)、繪制大比例地圖、編輯建筑工程圖、分析測(cè)繪數(shù)據(jù)等，但由于應(yīng)用時(shí)間短，其還需進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，才能更好地確保工程測(cè)繪的精確性。

參考文獻(xiàn)

[1]于海霞.淺談GPS測(cè)繪技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].居舍.2019.

[2]朱鵬.GPS測(cè)量技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向.2019.