土方工程中GPS定位技術運用探討

韓鐵剛

GPS定位技術是由美國研發的全球衛星定位技術，該技術最早研發于20世紀70年代，并于90年代中期建設完成，可以實現對海面、陸地的全方位定位。SITECH(天寶公司）1984年研發出世界第一臺商用GPS接收機，并于1988年推出世界第一臺雙頻GPS測繪型接收機，隨著GPS定位技術的不斷成熟，其無論是在測量精度上還是在測量效率方面均取得較快的進步，且自動化程度、智能化程度越來越高，在工地定位系統、機械控制系統等有重大應用前景。本文就GPS定位技術在土方工程中的運用進行探討。

一、GPS定位技術

從GPS系統的組成角度來看，其主要包括空間部分、地面監控和接受設備三大部分。空間部分指的是GPS的衛星系統，整個GPS系統共計使用了24顆衛星，其中21顆為常用衛星，3顆為備用衛星。地面監控則廣泛分布在全球各個位置，共計9個地面監控站，其主要負責向空間部分傳輸信息。用戶接收部分則是實現GPS技術普及和應用的關鍵所在。在GPS技術誕生的初期階段，用于需要使用特定的信號傳輸、接受及處理設備才能夠實現定位和獲取相關的信息，而隨著智能移動設備的廣泛普及和應用，GPS技術早已經走入了平常人家，其不僅應用于日常的定位、導航當中，也在建筑工程中得到應用。

二、GPS技術在工程項目中的優勢分析

1.精度高

GPS技術的技術原理決定了其在實際應用的過程中可以在最大程度上減少距離及環境因素對于測量結果的影響，并能夠自動化的實現位置定位，甚至可以對運動目標的三位位置與速度進行測量。從實際表現來看，GPS技術的測量精度優勢較為明顯，其他同類型測量技術無法與之比較，尤其是1min快速測量時，誤差可以準確控制在0.1m之內，而測量20min的情況下可以將精度控制在5mm左右。

2.觀測時間短

GPS技術在應用時無需進行通視，環境因素對于測量結果的影響較小，這也為提高測量可靠性提供了必要的條件。同時，在觀測時間大幅度降低的情況下，測量工作的整體效率也得到了顯著的提升，測量人員可以將更多的工作精力集中在數據分析方面，減少測量行為對于工作的影響。從理論角度來看，當使用的測量方式為靜態測量時，則需要在測量區域內尋找一條標準基線，并依據土方工程的觀測要求開展測量作業，測量時間一般可以控制在1h至3h之間。而在使用快速定位測量的情況下，盡管測量精度會受到一定的影響，但測量時間卻可以大幅度縮短，甚至最短僅需5s左右的時間即可完成測量。從這一要點可以看出，隨著GPS技術的不斷發展與提高，整個系統的測量時間得到了有效的控制，以往需要花費數個小時才可實現的目標，如今僅需短短幾分鐘，甚至幾秒鐘，這無疑有助于大幅度提高測量效率。在實際測量的過程當中,GPS系統一般會在1h內實現測量和數據采集工作，并自動將測量數據傳輸至接收器當中，通過計算機設備來實現數據處理，最終得到目標定位。現如今，GPS技術的軟件設備也得到了顯著的提高，監測監控網的應用則進一步提高了觀測效率。在應用了監測監控網的基礎上，GPS系統可以在靜態觀測狀態下實現快速觀測直徑20km范圍以內的地質情況，而所需的觀測時間也從最短1h縮短至16min。

3.操作便捷

GPS技術具有較高的自動化程度和智能化程度，實際操作時僅需要按照既定的流程將祥光設備進行安裝即可，即可實現對特定區域的遠程測量，且采集到的數據精度較高，實用性較強。例如：在土方工程中應用GPS技術時，GPS系統在運行過程中屬于全自動化狀態，能夠自動化完成數據采集和數據分析，技術人員僅僅需要依據需求，將指令下達給GPS系統即可。當需要在一個觀測點實現連續觀測的話，則需要將網絡通信技術應用其中，GPS系統所采集的數據和分析結果均可存儲在網絡云服務器內，使用時可以直接從中查找。例如Trimble GCS挖掘機控制系統如圖1：

圖1 Trimble GCS 挖掘機控制系統

4.全天候工作

從GPS系統的發展現狀來看，為GPS系統服務的衛星數量充足，且考慮到了出現突發狀況后的應急策略。目前，GPS衛星已經可以基本涵蓋地球上的每一個角落，可以在任何時間、任何條件下對任何地點進行測量，從而在真正意義上實現了全天候工作、全角度覆蓋。此外，GPS系統受自然因素的影響較小，除了極端的雷雨天氣之外，其他的不良天氣因素均不會對GPS系統的測量造成較為嚴重的影響。

三、GPS技術在土方工程中的應用

現階段，工程測繪所使用的測量技術種類較多，其主要包括全站儀測量、遙感測量、GPS測量等，不同的測繪技術具有各自的優缺點，且適合應用于不同的條件和環境下。在實際測量的過程中，測量單位需要結合土方工程的實際情況靈活對測繪技術進行選擇，在保證測量精度的基礎上，還要進一步追求性價比。一般情況下，小規模的土方工程使用傳統的全站儀測量即可，全站儀測量技術是一種相對較為傳統的測繪技術，其在我國擁有著悠久的技術應用歷史，國內早已形成了完善的技術應用體系。但是，當土方工程的面積較大、測繪工程量較大以及地質條件復雜的情況下，GPS測量技術的優勢格外明顯，其不僅可以在短時間內實現對于大范圍面積的測量，且不會受到復雜地質條件的影響。在土方工程施工過程中GPS在工程設備行的應用不僅提供工程精度和質量，甚至能滿足24小時全天候施工需要，例如 GCS900 推土機，GCS900平地機，CCS900 壓路機，GCS 挖掘機等都具有良好的性能。

1.施工前的準備工作

在正式使用GPS技術開展測量工作之前，測量單位需要結合土方工程的特點、地質條件以及面積規模制定完善的測量方案。首先，測量單位需要對測量面積進行計算，分析測量區域內部的地質條件和地形地質，尤其是要重視高差坐落因素，并在初步掌握一定數據的基礎上對測量方案進行設計，從而明確測量的重點與要點。一般情況下，GPS測量點位的布置方式較為固定，即橫縱10m，而點位的布置方式則以梅花狀和平直狀兩種形式為主。當測量區域的地勢平坦、高差坐落較小的情況下，應當優先考慮使用平直狀的點位布置方式，而測量區域地勢高低不平時，則應當使用梅花狀的點位布置方式。而從測量精度的角度來看，土方工程會因為其施工目的不同而對測量精度有著一定的差異性，土方工程對于測量精度的要求越高，則說明測量時間相對較長，GPS系統所需要分析的數據總量也相對更多。點位數量與精度之間的關系也不容忽視，點位的布置密度越大，則說明測量精度越高。

GPS技術在實際應用過程中一般有著明確的時限要求，這主要是因為土方工程的工期相對較為緊張，大量的時間需要預留給后續的規劃環節和場地處理環節時間相對較為有限。正因如此，作業單位需要始終堅持時間管理的基本理念，明確測量作業的具體時間限制和時間要求，提前布局、提前準備，要結合自身的實際情況有針對性的布置施工設備和人員，并做好人員培訓，確保可以在規定的時間范圍內完成作業。而從費用控制的角度來看，大量具有高性能的機械設備投入使用，對小工程項目來說效益不太明顯，但對大工程量項目會帶來經濟效益。相關單位應當就費用投入方面與業主方達成一致，結合土方工程的實際情況來制定相應的方案，避免在后期階段出現經濟問題。

最后，作業單位需要及時對相關設備和儀器進行檢查維護，確保儀器設備的精度和完整性，尤其是要重視信號收發設備和數據顯示設備的情況，避免在工作過程中因為設備因素而造成問題。同時作業單位需要重視對于土方工程的相關資料收集，其主要包括土方工程的水文地質條件、規模、項目周邊區域的市政管網布置情況、市政道路建設情況、場地內部已有的坐標控制點和土方作業控制點。

2.數據處理

由GPS系統相關的數據結果會在特定的儀器設備中存儲、顯示。當工程施工完成之后，數據將會匯總至計算機中，由計算機負責數據的保存和分析。由于記錄可能會因為傳輸因素、信號因素以及設備因素而出現數據不完整或者錯誤的情況，因而數據處理時需要關注此類情況，建議做好備份，以免影響到數據的實用價值。最后，施工單位需要依據土方工程的基本要求及時完成土方作業，為后續施工的開展奠定良好的基礎條件。

四、結語

經過結合波蘭S14繞城公路項目施工期間對此項技術的應用，綜合來看，GPS技術在土方工程定位、測繪中具有較高的實用價值，其具有傳統測量技術所不具備的優勢和作用。實際施工時需要靈活運用GPS技術，獲取高精度的位置數據，為土方工程的開展打下良好的基礎。