建筑測繪中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 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)星信號進(jìn)行精確三維測量和定位的先進(jìn)技術(shù)， 其基本原理是通過接收來自多顆衛(wèi)星的信號，并利用信號傳播時間和距離的關(guān)系，計算出接收點的空間坐標(biāo)。 在工程項目中，GPS 技術(shù)能為測繪、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)通過多顆衛(wèi)星組成系統(tǒng)， 將衛(wèi)星信號傳輸?shù)降孛娼邮掌鳎邮掌魍ㄟ^接收多顆衛(wèi)星信號，并根據(jù)信號傳播時間差來計算接收器與衛(wèi)星之間的距離。 為準(zhǔn)確計算距離，接收器還需精確記錄衛(wèi)星信號的到達(dá)時間， 并與衛(wèi)星發(fā)射時間進(jìn)行比較，此外，接收器還借助衛(wèi)星位置和運(yùn)動信息，采用三角測量原理計算接收器位置坐標(biāo)。 在三角測量中，通過已知衛(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)此計算出接收器的位置，這些計算是基于數(shù)學(xué)模型和算法，涉及復(fù)雜的測量和計算過程。

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信號的采樣和處理能力， 高精度接收器能準(zhǔn)確測量信號的到達(dá)時間， 并通過精細(xì)的信號處理和計算提高定位準(zhǔn)確性。 其次，信號在大氣層和其他介質(zhì)中傳播時會發(fā)生折射、散射和延遲等誤差，造成信號傳播速度變化和到達(dá)時間偏差。 再次，大氣層中濕度、溫度和壓力等參數(shù)會引起信號傳播速度變化，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，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 信號失真和偏移，從而降低定位精度[1]。

2 建筑測繪中GPS 技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 高精度測量

在建筑測繪領(lǐng)域，GPS 技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，其中之一是高精度測量。 第一， 傳統(tǒng)測量方法依賴于人工標(biāo)志物或測量儀器，這些方法容易受到環(huán)境因素影響，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，而GPS 技術(shù)通過接收來自多個衛(wèi)星的信號，并精確地計算信號差異，可以有效減小測量誤差。 因此，相比傳統(tǒng)測量方法，GPS 技術(shù)能夠獲得更精確的測量結(jié)果， 達(dá)到亞米級精度。 第二，GPS 技術(shù)的高精度還能提高建筑測繪的效率，傳統(tǒng)測量方法需要耗費(fèi)大量時間和人力資源， 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，能夠在短時間內(nèi)完成高精度測量任務(wù)，不僅提高了工作效率，還能減少建筑測繪過程中可能出現(xiàn)的錯誤。

2.2 高效率

GPS 技術(shù)具有高度自動化特點， 在測量過程中無須人工放點，減少了測量時間和人力成本。 同時，通過實時差分校正，即對接收的GPS 信號與已知參考站信號進(jìn)行比較和校正，可以及時糾正測量結(jié)果中誤差，從而提高測量精度和效率，實時處理還能實現(xiàn)快速更新和反饋測量結(jié)果， 使工作人員能夠及時了解測量情況，并進(jìn)行實時調(diào)整。

2.3 實時性

在建筑測繪領(lǐng)域，GPS 技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。 GPS技術(shù)能夠?qū)崟r獲取接收器位置信息， 并通過接收一系列衛(wèi)星信號進(jìn)行實時更新，這使得建筑測繪人員能夠快速、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GPS 技術(shù)能夠?qū)崟r提供位置數(shù)據(jù)，幫助測繪人員快速確定建筑物位置，并與城市地圖進(jìn)行精確對應(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，在建筑施工過程中，GPS 技術(shù)的實時性可以用于監(jiān)測建筑物垂直和水平運(yùn)動， 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，可以幫助建筑測繪人員及時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)不僅能完成建筑測量和定位導(dǎo)航等基本功能，還可以實現(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、規(guī)劃和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，通過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， 為建筑測繪工作提供更全面、 準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 其次，通過GPS 技術(shù)定位和測量功能，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繪人員準(zhǔn)確定位和辨識建筑物，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，并減少行程時間， 這對于建筑測繪人員在實地勘測過程中路徑選擇和導(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)在建筑測繪中的有效應(yīng)用

3.1 控制測量

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

3.2 定位導(dǎo)航

定位導(dǎo)航在工程項目中通過使用先進(jìn)的GPS 導(dǎo)航技術(shù)實現(xiàn)建筑人員實時定位和導(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)確測量和施工操作。

首先，需使用GPS 導(dǎo)航設(shè)備對施工人員進(jìn)行定位，每個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)，通過將這些設(shè)備與項目中心控制系統(tǒng)連接，可以實時追蹤和更新施工人員的位置信息。 如此，項目管理團(tuán)隊可以了解每個人員的準(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)用于施工過程中測量和布局，在該項目中，精確測量和布局是確保結(jié)構(gòu)安全和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，通過使用GPS 導(dǎo)航設(shè)備， 施工人員可以準(zhǔn)確地測量橋梁關(guān)鍵點，包括支座位置和預(yù)制構(gòu)件放置點等。 導(dǎo)航設(shè)備會提供準(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。 通過定期檢測和記錄橋梁位置坐標(biāo)和偏移量，可以及時發(fā)現(xiàn)和解決任何結(jié)構(gòu)異常情況， 這種實時位置監(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)采集在工程項目中起著重要作用。 通過使用先進(jìn)的GPS 技術(shù)，可以實現(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)計和規(guī)劃提供準(zhǔn)確依據(jù)。

例如，某城市建設(shè)項目，涉及多個建筑物和公共設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計。

首先，通過使用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；測量物體速度和方向，提供行進(jìn)方向和速度實時更新；高精度時間信息，提供準(zhǔn)確時間標(biāo)記；提供物體相對于地球表面高度信息；預(yù)測衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星信號強(qiáng)度，用于判斷信號質(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，實時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)也可以用來采集地形地貌數(shù)據(jù)，通過在地面或測量車輛上安裝GPS 設(shè)備，并進(jìn)行地表測量，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。

最后，GPS 技術(shù)還可以用于采集建筑設(shè)備數(shù)據(jù)。 在該工程項目中，掌握建筑設(shè)備準(zhǔn)確位置和狀態(tài)非常重要，通過將GPS設(shè)備安裝在建筑設(shè)備上， 可以實時追蹤和記錄設(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

除控制測量、定位導(dǎo)航和數(shù)據(jù)采集，GPS 技術(shù)在建筑測繪中還能有效應(yīng)用于建筑工程監(jiān)測。 通過在建筑物或結(jié)構(gòu)上安裝GPS 接收器，可以實時監(jiān)測其位置變化和變形情況，這對于工程施工和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評估非常重要， 能夠及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)測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，對監(jiān)測建筑物安裝GPS 接收器，可以實時監(jiān)測其垂直位移，通過連續(xù)測量建筑物高程變化，可以實時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，說明可能存在結(jié)構(gòu)安全問題。 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)一步移動和不穩(wěn)定性[5]。 同時，GPS 監(jiān)測技術(shù)可應(yīng)用于監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害，例如，通過在滑坡地區(qū)安裝GPS 接收器， 可以實時監(jiān)測地表移動和變形情況，預(yù)防山體滑坡災(zāi)害。 具體而言，GPS 接收器通過接收衛(wèi)星定位信號，確定其位置坐標(biāo)，再利用多個接收器之間相對位移來計算地表移動量， 這種監(jiān)測方法可以提供準(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)防提供寶貴時間窗口。 此外，可以將這些數(shù)據(jù)與其他監(jiān)測手段結(jié)合使用， 以提供更全面地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)[6]。

4 結(jié)語

GPS技術(shù)在建筑測繪中的有效應(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，為建筑測繪工作提供了更好的解決方案。但GPS 技術(shù)在實際應(yīng)用中仍面臨著一些挑戰(zhàn)和問題，因此，在推廣應(yīng)用GPS 技術(shù)的同時，還需要進(jìn)一步完善技術(shù)手段，解決實際問題，以實現(xiàn)更好的測繪效果。