建筑測(cè)繪中GPS 技術(shù)的有效應(yīng)用分析

鐘曉晉

（貴州中色藍(lán)圖科技有限公司，貴陽(yáng) 550081）

1 GPS 技術(shù)的概述

1.1 GPS 技術(shù)基本原理

全球定位系統(tǒng)（GPS）是一種利用衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行精確三維測(cè)量和定位的先進(jìn)技術(shù)， 其基本原理是通過(guò)接收來(lái)自多顆衛(wèi)星的信號(hào)，并利用信號(hào)傳播時(shí)間和距離的關(guān)系，計(jì)算出接收點(diǎn)的空間坐標(biāo)。 在工程項(xiàng)目中，GPS 技術(shù)能為測(cè)繪、地理信息系統(tǒng)、土地規(guī)劃和建設(shè)等環(huán)節(jié)提供高精度位置信息。

1.2 GPS 技術(shù)工作方式

GPS 技術(shù)通過(guò)多顆衛(wèi)星組成系統(tǒng)， 將衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)降孛娼邮掌鳎邮掌魍ㄟ^(guò)接收多顆衛(wèi)星信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)傳播時(shí)間差來(lái)計(jì)算接收器與衛(wèi)星之間的距離。 為準(zhǔn)確計(jì)算距離，接收器還需精確記錄衛(wèi)星信號(hào)的到達(dá)時(shí)間， 并與衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間進(jìn)行比較，此外，接收器還借助衛(wèi)星位置和運(yùn)動(dòng)信息，采用三角測(cè)量原理計(jì)算接收器位置坐標(biāo)。 在三角測(cè)量中，通過(guò)已知衛(wèi)星位置和接收器與衛(wèi)星的距離， 可以確定接收器與各衛(wèi)星之間的角度，并據(jù)此計(jì)算出接收器的位置，這些計(jì)算是基于數(shù)學(xué)模型和算法，涉及復(fù)雜的測(cè)量和計(jì)算過(guò)程。

1.3 GPS 技術(shù)精度

GPS 技術(shù)的精度受到多種因素影響，首先，接收器硬件和算法的性能決定其對(duì)信號(hào)的采樣和處理能力， 高精度接收器能準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)的到達(dá)時(shí)間， 并通過(guò)精細(xì)的信號(hào)處理和計(jì)算提高定位準(zhǔn)確性。 其次，信號(hào)在大氣層和其他介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生折射、散射和延遲等誤差，造成信號(hào)傳播速度變化和到達(dá)時(shí)間偏差。 再次，大氣層中濕度、溫度和壓力等參數(shù)會(huì)引起信號(hào)傳播速度變化，導(dǎo)致定位結(jié)果偏差。 最后，數(shù)據(jù)處理算法精確性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到定位結(jié)果精度，同時(shí)，環(huán)境干擾如多徑效應(yīng)、 電磁干擾和鐘漂等， 都可能引起GPS 信號(hào)失真和偏移，從而降低定位精度[1]。

2 建筑測(cè)繪中GPS 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 高精度測(cè)量

在建筑測(cè)繪領(lǐng)域，GPS 技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，其中之一是高精度測(cè)量。 第一， 傳統(tǒng)測(cè)量方法依賴于人工標(biāo)志物或測(cè)量?jī)x器，這些方法容易受到環(huán)境因素影響，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，而GPS 技術(shù)通過(guò)接收來(lái)自多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，并精確地計(jì)算信號(hào)差異，可以有效減小測(cè)量誤差。 因此，相比傳統(tǒng)測(cè)量方法，GPS 技術(shù)能夠獲得更精確的測(cè)量結(jié)果， 達(dá)到亞米級(jí)精度。 第二，GPS 技術(shù)的高精度還能提高建筑測(cè)繪的效率，傳統(tǒng)測(cè)量方法需要耗費(fèi)大量時(shí)間和人力資源， 容易受到人為操作和環(huán)境因素干擾。 而GPS 技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成高精度測(cè)量任務(wù)，不僅提高了工作效率，還能減少建筑測(cè)繪過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

2.2 高效率

GPS 技術(shù)具有高度自動(dòng)化特點(diǎn)， 在測(cè)量過(guò)程中無(wú)須人工放點(diǎn)，減少了測(cè)量時(shí)間和人力成本。 同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)差分校正，即對(duì)接收的GPS 信號(hào)與已知參考站信號(hào)進(jìn)行比較和校正，可以及時(shí)糾正測(cè)量結(jié)果中誤差，從而提高測(cè)量精度和效率，實(shí)時(shí)處理還能實(shí)現(xiàn)快速更新和反饋測(cè)量結(jié)果， 使工作人員能夠及時(shí)了解測(cè)量情況，并進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.3 實(shí)時(shí)性

在建筑測(cè)繪領(lǐng)域，GPS 技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。 GPS技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)獲取接收器位置信息， 并通過(guò)接收一系列衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，這使得建筑測(cè)繪人員能夠快速、準(zhǔn)確地獲取有關(guān)建筑物位置的高精度數(shù)據(jù)。首先，通過(guò)GPS 技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)提供位置數(shù)據(jù)，幫助測(cè)繪人員快速確定建筑物位置，并與城市地圖進(jìn)行精確對(duì)應(yīng)， 從而規(guī)劃出最佳的城市布局和發(fā)展方案。 其次，在建筑施工過(guò)程中，能精確定位建筑物位置，以確保施工準(zhǔn)確性和安全性。 最后，在建筑施工過(guò)程中，GPS 技術(shù)的實(shí)時(shí)性可以用于監(jiān)測(cè)建筑物垂直和水平運(yùn)動(dòng)， 以確保建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。 發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，可以幫助建筑測(cè)繪人員及時(shí)獲取建筑物位置信息， 為緊急救援和災(zāi)后重建提供必要的數(shù)據(jù)支持。

2.4 多功能應(yīng)用

GPS 技術(shù)不僅能完成建筑測(cè)量和定位導(dǎo)航等基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、地圖制圖和路徑規(guī)劃等功能，首先，GPS技術(shù)作為一種數(shù)據(jù)采集工具，可以收集和記錄建筑物位置、高度、形狀等相關(guān)數(shù)據(jù)，為建筑設(shè)計(jì)、規(guī)劃和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，通過(guò)GPS 技術(shù)數(shù)據(jù)采集，可以準(zhǔn)確、快速地獲取大量建筑物屬性信息， 為建筑測(cè)繪工作提供更全面、 準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 其次，通過(guò)GPS 技術(shù)定位和測(cè)量功能，可以繪制出精確的地圖，展示地理環(huán)境和建筑布局，這不僅有助于建筑測(cè)繪人員準(zhǔn)確定位和辨識(shí)建筑物，還為其他相關(guān)領(lǐng)域如城市規(guī)劃、交通管理等提供了重要空間信息。 最后， 通過(guò)收集和處理GPS 數(shù)據(jù)，可以確定最佳行進(jìn)路徑，規(guī)劃出行方案，提高行程效率，并減少行程時(shí)間， 這對(duì)于建筑測(cè)繪人員在實(shí)地勘測(cè)過(guò)程中路徑選擇和導(dǎo)航具有重要意義，有助于提高工作效率和準(zhǔn)確度[2]。

3 GPS 技術(shù)在建筑測(cè)繪中的有效應(yīng)用

3.1 控制測(cè)量

控制測(cè)量在工程建筑測(cè)繪中至關(guān)重要， 通過(guò)使用先進(jìn)的GPS 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)布設(shè)， 以獲取準(zhǔn)確坐標(biāo)信息，并為項(xiàng)目提供精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 例如，某大型道路建設(shè)項(xiàng)目，控制測(cè)量目的是確定道路中心線和地面標(biāo)高，以確保道路設(shè)計(jì)和建造的準(zhǔn)確性和可靠性。 首先，需在計(jì)劃道路區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制點(diǎn)，這些控制點(diǎn)位置將被準(zhǔn)確地測(cè)量并記錄下來(lái)，以便后續(xù)測(cè)量活動(dòng)可以參考這些點(diǎn)來(lái)確定道路位置和高程，再通過(guò)使用GPS 技術(shù)很快地在項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制點(diǎn)， 而不需要傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)量。其次，控制點(diǎn)被布設(shè)好并正確記錄，再進(jìn)行道路中心線測(cè)量，在該過(guò)程中，測(cè)量員會(huì)將GPS 設(shè)備安裝在測(cè)量車輛上， 并沿著預(yù)定道路中心線路行駛，GPS 設(shè)備會(huì)實(shí)時(shí)記錄車輛坐標(biāo)，并精確測(cè)量道路中心線的位置，通過(guò)將這些測(cè)量點(diǎn)與控制點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比和校準(zhǔn)，可以確保道路中心線的準(zhǔn)確性。最后，控制測(cè)量還可以應(yīng)用于確定地面標(biāo)高， 在道路建設(shè)項(xiàng)目中，地面標(biāo)高的準(zhǔn)確性對(duì)于道路波狀度和水平度至關(guān)重要， 通過(guò)將GPS 設(shè)備固定在測(cè)量車輛上，沿著道路測(cè)量線路行駛，可以實(shí)時(shí)記錄地面標(biāo)高變化，這些測(cè)量點(diǎn)可以與控制點(diǎn)進(jìn)行比較和校準(zhǔn)，從而確保道路高程設(shè)計(jì)符合要求，并滿足交通安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 定位導(dǎo)航

定位導(dǎo)航在工程項(xiàng)目中通過(guò)使用先進(jìn)的GPS 導(dǎo)航技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑人員實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航， 從而提高施工效率和工作安全性。 例如，某大型橋梁建設(shè)項(xiàng)目中，定位導(dǎo)航目的是為建筑人員提供準(zhǔn)確位置信息， 指導(dǎo)其在復(fù)雜施工環(huán)境中進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和施工操作。

首先，需使用GPS 導(dǎo)航設(shè)備對(duì)施工人員進(jìn)行定位，每個(gè)施工人員都配備手持GPS 導(dǎo)航設(shè)備， 該設(shè)備能準(zhǔn)確地確定其位置坐標(biāo)，通過(guò)將這些設(shè)備與項(xiàng)目中心控制系統(tǒng)連接，可以實(shí)時(shí)追蹤和更新施工人員的位置信息。 如此，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)可以了解每個(gè)人員的準(zhǔn)確位置，并根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)度和管理，從而提高施工效率和安全性。

其次，定位導(dǎo)航還可以應(yīng)用于施工過(guò)程中測(cè)量和布局，在該項(xiàng)目中，精確測(cè)量和布局是確保結(jié)構(gòu)安全和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，通過(guò)使用GPS 導(dǎo)航設(shè)備， 施工人員可以準(zhǔn)確地測(cè)量橋梁關(guān)鍵點(diǎn)，包括支座位置和預(yù)制構(gòu)件放置點(diǎn)等。 導(dǎo)航設(shè)備會(huì)提供準(zhǔn)確的位置指示和偏差信息，幫助施工人員進(jìn)行準(zhǔn)確布局操作，如此，可以確保橋梁構(gòu)造精度和準(zhǔn)確性，從而滿足工程質(zhì)量和安全要求。

最后，當(dāng)橋梁建設(shè)完成，定位導(dǎo)航設(shè)備可以繼續(xù)用于橋梁維護(hù)和管理。 通過(guò)定期檢測(cè)和記錄橋梁位置坐標(biāo)和偏移量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決任何結(jié)構(gòu)異常情況， 這種實(shí)時(shí)位置監(jiān)控和導(dǎo)航系統(tǒng)有助于保障橋梁運(yùn)行安全性和可靠性[3]。

3.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集在工程項(xiàng)目中起著重要作用。 通過(guò)使用先進(jìn)的GPS 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)建筑物輪廓、地形地貌和建筑設(shè)備等方面的大范圍數(shù)據(jù)收集。 這些數(shù)據(jù)可以用于數(shù)字建模和二維、三維地圖制作，為建筑設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供準(zhǔn)確依據(jù)。

例如，某城市建設(shè)項(xiàng)目，涉及多個(gè)建筑物和公共設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

首先，通過(guò)使用GPS 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以獲取建筑物更精確的信息，包括緯度、經(jīng)度和海拔高度；測(cè)量物體速度和方向，提供行進(jìn)方向和速度實(shí)時(shí)更新；高精度時(shí)間信息，提供準(zhǔn)確時(shí)間標(biāo)記；提供物體相對(duì)于地球表面高度信息；預(yù)測(cè)衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度，用于判斷信號(hào)質(zhì)量和可用性；數(shù)據(jù)日志記錄，供后續(xù)分析和處理使用。并在現(xiàn)有建筑物上安裝GPS 接收器，實(shí)時(shí)記錄建筑物的位置和形狀，這些數(shù)據(jù)可用于數(shù)字建模，在計(jì)算機(jī)中生成建筑物準(zhǔn)確三維模型，該模型不僅可以用于建筑設(shè)計(jì)和規(guī)劃，還可以用于建筑物可視化展示和溝通[4]。

其次，GPS 技術(shù)也可以用來(lái)采集地形地貌數(shù)據(jù)，通過(guò)在地面或測(cè)量車輛上安裝GPS 設(shè)備，并進(jìn)行地表測(cè)量，可以獲取地形高程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于制作準(zhǔn)確的二維和三維地圖，提供詳細(xì)的地形信息，用于城市規(guī)劃和道路設(shè)計(jì)。

最后，GPS 技術(shù)還可以用于采集建筑設(shè)備數(shù)據(jù)。 在該工程項(xiàng)目中，掌握建筑設(shè)備準(zhǔn)確位置和狀態(tài)非常重要，通過(guò)將GPS設(shè)備安裝在建筑設(shè)備上， 可以實(shí)時(shí)追蹤和記錄設(shè)備位置和使用情況，這些數(shù)據(jù)可以用于優(yōu)化設(shè)備調(diào)度和維護(hù)，提高施工效率和工作安全性。

3.4 建筑工程監(jiān)測(cè)

除控制測(cè)量、定位導(dǎo)航和數(shù)據(jù)采集，GPS 技術(shù)在建筑測(cè)繪中還能有效應(yīng)用于建筑工程監(jiān)測(cè)。 通過(guò)在建筑物或結(jié)構(gòu)上安裝GPS 接收器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其位置變化和變形情況，這對(duì)于工程施工和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)估非常重要， 能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)潛在變形和破壞情況，提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)工程調(diào)整，例如，在某一高樓建筑工程中，對(duì)監(jiān)測(cè)建筑物安裝GPS 接收器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其垂直位移，通過(guò)連續(xù)測(cè)量建筑物高程變化，可以實(shí)時(shí)獲取建筑物的位移數(shù)據(jù)。 一旦發(fā)現(xiàn)建筑物發(fā)生不正常位移，說(shuō)明可能存在結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題。 在該情況下， 可以采取相應(yīng)措施，包括增加支撐或進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固等，以防止進(jìn)一步移動(dòng)和不穩(wěn)定性[5]。 同時(shí)，GPS 監(jiān)測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害，例如，通過(guò)在滑坡地區(qū)安裝GPS 接收器， 可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地表移動(dòng)和變形情況，預(yù)防山體滑坡災(zāi)害。 具體而言，GPS 接收器通過(guò)接收衛(wèi)星定位信號(hào)，確定其位置坐標(biāo)，再利用多個(gè)接收器之間相對(duì)位移來(lái)計(jì)算地表移動(dòng)量， 這種監(jiān)測(cè)方法可以提供準(zhǔn)確的地表變形數(shù)據(jù)，能夠提供重要預(yù)警信息，及早發(fā)現(xiàn)滑坡跡象，為周邊地區(qū)安全疏散和災(zāi)害預(yù)防提供寶貴時(shí)間窗口。 此外，可以將這些數(shù)據(jù)與其他監(jiān)測(cè)手段結(jié)合使用， 以提供更全面地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

GPS技術(shù)在建筑測(cè)繪中的有效應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。 其高精度、高效率和多功能等優(yōu)勢(shì)，為建筑測(cè)繪工作提供了更好的解決方案。但GPS 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題，因此，在推廣應(yīng)用GPS 技術(shù)的同時(shí)，還需要進(jìn)一步完善技術(shù)手段，解決實(shí)際問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)更好的測(cè)繪效果。