建筑工程測量中GPS 測量技術(shù)的有效應(yīng)用

李 軍

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

建筑工程測量不僅是確保建筑工程建設(shè)質(zhì)量的重要前提，同時是確保建筑質(zhì)量的重點(diǎn)所在，這項(xiàng)工作容易受到社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及自然因素等多方面的影響。建筑工程測量技術(shù)的有效運(yùn)用，可以較好地推進(jìn)測繪工作的開展。有關(guān)技術(shù)的日益更新，大幅度提高了測繪工作效率與質(zhì)量。工程測繪工作中，GPS測量技術(shù)不僅具備建筑工程測量技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢，還可以構(gòu)建建筑工程測量數(shù)據(jù)庫，有效強(qiáng)化建筑工程測量管理工作效率。所以，今后的建筑工程測量工作應(yīng)該重視GPS 測量技術(shù)的合理應(yīng)用，增強(qiáng)建筑工程測繪工作實(shí)效。

1 GPS 測量技術(shù)

1.1 GPS 系統(tǒng)構(gòu)成

GPS 系統(tǒng)主要由3 部分組成，即接收裝置、空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)中的接收裝置包括電源、主機(jī)及衛(wèi)星天線，可通過衛(wèi)星系統(tǒng)自動搜索位置，并在接收到對應(yīng)的衛(wèi)星信號后進(jìn)行跟蹤定位，同時采取一定的信號交換方法進(jìn)行處理，得知GPS 信號接收機(jī)實(shí)際位置和高度。

衛(wèi)星是GPS 系統(tǒng)空間部分中最關(guān)鍵的，包括正在運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星和軌道備用衛(wèi)星。GPS 系統(tǒng)中的衛(wèi)星是在相應(yīng)的預(yù)設(shè)軌道中進(jìn)行運(yùn)作，同時在公轉(zhuǎn)周期為12 h 的情況下，實(shí)時、無死角地監(jiān)測并定位。對GPS 系統(tǒng)空間部分而言，其起到了觀測地球上的目標(biāo)，同時通過信號傳遞方式把觀測數(shù)據(jù)傳遞到地面監(jiān)控系統(tǒng)，起到定位和控制地面目標(biāo)的用處。

地面監(jiān)控系統(tǒng)主要構(gòu)成有主控站、地面天線、監(jiān)測站及通信輔助系統(tǒng)，對GPS 系統(tǒng)整體起到重要作用。主控站接收并監(jiān)督衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號，同時通過數(shù)據(jù)信號來計(jì)算衛(wèi)星信息，對空間衛(wèi)星進(jìn)行合理調(diào)整，讓它在軌道中正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 工作原理

GPS 測量技術(shù)是一種全球定位技術(shù)，其重點(diǎn)采用了距離交會法工作原理，這是一種新型的定位技術(shù)，在建筑工程測量的具體運(yùn)用中起到了非同尋常的作用。為接收并處理衛(wèi)星信號，地面應(yīng)設(shè)置接收裝置，計(jì)算得出信號衛(wèi)星與信號接收裝置的距離，通過這些距離信息和距離交會法計(jì)算出信號接收裝置的具體位置，從而形成三維立體坐標(biāo)。

2 GPS 測量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

GPS 測量技術(shù)在目前建筑工程測量中運(yùn)用相對廣泛，其有著操作便利、精確度高、測量快速等優(yōu)勢，然而也存在一定的局限性，主要是由于地形與高層建筑影響到測量準(zhǔn)確度和效率。

2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）測量時間短。以前的GPS 定位作業(yè)模式相對單一，只有靜態(tài)相對定位，速度與精確度也有一定局限性。GPS 測量技術(shù)則是在以往定位技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新，其快速靜態(tài)定位方式方法都顯著提高，GPS 測量技術(shù)效率也明顯提高，新型GPS測量技術(shù)具有測量時間短的優(yōu)勢。例如需要測量的范圍基線在20 km，通過單頻接收行測量大概要1 h，雙頻接收機(jī)測量大概要15～20 min，若采用GPS 測量技術(shù)相應(yīng)的動態(tài)實(shí)時定位模式，其流動站進(jìn)行初始化觀測定位只要1～5 min。所以，立足于GPS技術(shù)控制網(wǎng)進(jìn)行測量，可以縮短觀測時長，提高觀測效率。

（2）精確度高。在靜態(tài)比較穩(wěn)定的情況下，對GPS 測量技術(shù)在建筑工程測量方面的運(yùn)用加以分析。從以往的研究可知，這項(xiàng)技術(shù)能夠在50 km 的基線實(shí)現(xiàn)1×10-6～2×10-6的定位準(zhǔn)確度，假如基線范圍在100～500 km，而后準(zhǔn)確定位的精度能夠達(dá)到10-7到10-8。在GPS 測量技術(shù)日益發(fā)展、改進(jìn)、創(chuàng)新的情況下，假如基線范圍超出2000 km，定位精度能夠優(yōu)于10-9，可以滿足建筑工程測量的相應(yīng)需要。

（3）功能齊全。有關(guān)技術(shù)研究表明，GPS 測量技術(shù)具有測量時間短、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，能夠通過連續(xù)性的動態(tài)三維位置獲得建筑工程有關(guān)信息并加以測量，合理運(yùn)用三維速度與時間信息對建筑工程加以有效觀測。這種優(yōu)勢也可以用在測繪工作與導(dǎo)航工作上，以此切實(shí)提高測試工作效率。

（4）自動化功能。GPS 測量技術(shù)的自動化功能獲得顯著提高，主要采用了智能型接收機(jī)來有效設(shè)置有關(guān)的儀器，測量人員只需要把儀器電源打開就能夠觀察儀器運(yùn)轉(zhuǎn)情況，GPS 測量技術(shù)可以自動完成捕獲并記錄等工作。在觀測工作完成之后，應(yīng)關(guān)閉電源，以保證有關(guān)設(shè)備的有效運(yùn)行。

2.2 缺點(diǎn)

雖然GPS 測量技術(shù)在當(dāng)前的建筑工程中的運(yùn)用具有較多優(yōu)點(diǎn)，然而仍存在不足之處，其本身存在較為明顯的弊病。例如在測量過程中因?yàn)榈匦我蛩氐挠绊?，一些封閉和狹窄的地區(qū)不能正常應(yīng)用。在當(dāng)前城市化進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)的背景下，城市建筑高度在不斷提高，所需投入成本也不斷增多，整體組織越發(fā)復(fù)雜，假如無法達(dá)到建筑工程測量要求，將難以確保測量的準(zhǔn)確度。

3 GPS 測量技術(shù)在建筑工程測量中的有效運(yùn)用

3.1 工程測量方案的制定

通過GPS 測量技術(shù)制定建筑工程測量方案，包含對測量精度的制定與設(shè)計(jì)、測量地點(diǎn)的設(shè)計(jì)與測量時間的確定這3 方面。當(dāng)中的精度設(shè)計(jì)需要根據(jù)我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來制定，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，選取適合的測區(qū)GPS 控制網(wǎng)來進(jìn)行測量工作。之后，采用GPS 接收機(jī)合理設(shè)計(jì)布局，通過兩者間的相互合作從而起到強(qiáng)化測量效果的作用。而在建筑工程測量的時間選擇方面，需要結(jié)合GPS 所提供的預(yù)報(bào)圖來確定時間段，確保測量的衛(wèi)星均勻分布情況下確定最合理的測量時間段，以此有效提升測量精度。

建筑工程測量的位置選擇也是極為關(guān)鍵的，這和建筑工程最終質(zhì)量具有直接關(guān)系。通常來說，最合理的測量地需要達(dá)到2方面要求：①需要避免某些電磁信號的干擾，以接收到最好的信號；②盡可能選擇相對寬闊的場地，減少障礙物對測量結(jié)果帶來的影響。只有做到這2 點(diǎn)，才能確保建筑工程測量效果。由此可見，在制定建筑工程測量方案時，GPS 測量技術(shù)的運(yùn)用可以對地點(diǎn)、時間以及精度均做出最佳的設(shè)計(jì)選擇。

3.2 外業(yè)測量

各種GPS 技術(shù)在作業(yè)測量中的操作重點(diǎn)是不同的，工作人員主要應(yīng)做好下面3 項(xiàng)工作。

（1）進(jìn)行經(jīng)典靜態(tài)定位前，需要在基線兩端裝置信號接收機(jī)，并跟蹤觀測4 顆或4 顆以上的GPS 衛(wèi)星，而后對基線觀測封閉圖形進(jìn)行平差處理，減少測量誤差。

（2）快速靜態(tài)定位時，在測區(qū)內(nèi)設(shè)置1 個基準(zhǔn)站與1 個流動站，并且2 個站點(diǎn)都需要裝置信號接收機(jī)。前者負(fù)責(zé)跟蹤GPS衛(wèi)星，后者負(fù)責(zé)觀測GPS 衛(wèi)星。這項(xiàng)技術(shù)適合使用在工程控制網(wǎng)的建立中，應(yīng)該把兩站之間的距離控制在20 km 以內(nèi)，把GPS 衛(wèi)星數(shù)量控制在5 顆或5 顆以上。

（3）準(zhǔn)動態(tài)定位中，要提前在測區(qū)設(shè)置一個基準(zhǔn)點(diǎn)，安裝信號接收機(jī)來持續(xù)跟蹤觀測GPS 信號，同時依照一定順序，在各站點(diǎn)之間對一個流動信號接收機(jī)進(jìn)行短時間的觀測作業(yè)，對衛(wèi)星信號進(jìn)行持續(xù)跟蹤，防止信號出現(xiàn)失鎖情況。一旦出現(xiàn)失鎖問題，就需要對失鎖流動點(diǎn)的觀測時間向后延長2 min。

3.3 數(shù)據(jù)采集、記錄與處理

（1）數(shù)據(jù)采集時，負(fù)責(zé)人要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行備份處理，進(jìn)行系列預(yù)處理工作，盡可能減少因人為與環(huán)境等因素影響測量準(zhǔn)確度，之后根據(jù)三維坐標(biāo)和已知高程點(diǎn)數(shù)量等信息，對采集到的測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)備評估，同時將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)軟件中。

（2）在數(shù)據(jù)測量記錄中，進(jìn)行建筑工程測量時，工作人員應(yīng)該系統(tǒng)記錄測量全過程，整理所收集的觀測數(shù)據(jù)與策略方式，為后續(xù)計(jì)算決策提供一定依據(jù)。數(shù)據(jù)測量整理分為觀測數(shù)據(jù)、測量手簿和其他有關(guān)記錄等3 類記錄，需要把接收機(jī)中的初始信息、原始觀測數(shù)據(jù)及GPS 測量時間等加以處理，加入到觀測記錄中。確保記錄的及時性，在第一時間對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)破壞和丟失問題。

（3）在數(shù)據(jù)采集、記錄之后，科學(xué)、合理地處理有關(guān)數(shù)據(jù)，有效利用數(shù)據(jù)信息。在進(jìn)行正式處理前，應(yīng)對各種數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性加以檢驗(yàn)，并保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。一般而言，對C、D、E三個等級的GPS 網(wǎng)基線進(jìn)行解算時，可利用接收設(shè)備的商用軟件加以處理。在RTK 數(shù)據(jù)信息中，包括的內(nèi)容相對廣泛，比如點(diǎn)屬性、點(diǎn)名及三維坐標(biāo)等，應(yīng)該在下載RTK 數(shù)據(jù)信息時，依照建筑工程測量的具體需要，進(jìn)行進(jìn)度的測量。唯有在有關(guān)參數(shù)與建筑工程測量需要相符之后，才可以進(jìn)行后期的信息編輯和輸出工作，有效提高測量數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度，確保建筑工程施工順利開展。

3.4 構(gòu)建工程控制網(wǎng)

為符合建筑工程測量要求，需要根據(jù)建筑工程具體情況來確定工程控制網(wǎng)的網(wǎng)型，同時明確控制網(wǎng)精度的要求。在建筑工程測量項(xiàng)目中，工程控制網(wǎng)起到了基礎(chǔ)的保障作用，可以為開展建筑工程測量與安全監(jiān)測等工作提供參考與基本條件。在建構(gòu)工程控制網(wǎng)時，需要遵循分級布網(wǎng)與逐級控制原則，工程控制網(wǎng)達(dá)到所要求的精度與密度。工作人員應(yīng)事先做好選位與埋石工作，在適當(dāng)位置埋設(shè)多個數(shù)量標(biāo)識，通過載波相位靜態(tài)差分析技術(shù)，根據(jù)預(yù)定方案展開觀測作業(yè)，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行概算與控制網(wǎng)差處理，將精確度控制到毫米范圍。

4 結(jié)語

我國建筑工程行業(yè)快速發(fā)展，以往所采用的測量技術(shù)已經(jīng)難以達(dá)到測量的要求，GPS 技術(shù)的出現(xiàn)對建筑行業(yè)起到了非常重要的作用。因?yàn)镚PS 測量技術(shù)高效率、高精確度等優(yōu)點(diǎn)，所以不僅在建筑行業(yè)獲得了廣泛運(yùn)用，還在航天航海和土地勘測等領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。但同時也遇到了許多問題，應(yīng)對這些問題進(jìn)行妥善處理，促使GPS 測量技術(shù)更加完善，讓這項(xiàng)技術(shù)在建筑工程中獲得更好的運(yùn)用，確保建筑質(zhì)量。