GPS技術在建筑工程測量中的應用

浙江省諸暨市楓橋鎮人民政府，浙江 紹興 311811

1 GPS技術概述

1.1 技術原理

GPS技術是通過在測區內放置衛星信號接收設備，接收機同時接收多個地球衛星發送的信號，采取各種靈活的處理方式，將衛星信號傳播時間、信號發出距離等已知信息數據導入特定計算公式，即可獲取接收機的三維實時空間坐標，然后構建工程控制網、繪制三維立體坐標體系。同時，不同GPS技術測量方式的工作原理存在差異，以實時差分定位測量、載波相位測量定位為例。實時差分定位測量是在已知精確坐標的點位上放置GPS接收機，將其作為基準站，根據已知坐標設定觀測校正值，通過無線電設備向保持運動狀態的流動站發送校正值，以此消除GPS測量結果中的誤差，提高測量定位精度；載波相位測量定位是提前在GPS衛星中預設導航電文和測距碼，接收機對所接收GPS信號進行處理，去除衛星電文及測距碼，開展重建載波操作。由于GPS信號與接收機天線裝置會存在相位延遲，因此需要對重建載波與本振信號進行相位計算，以獲取準確的相位差，減小相位延遲對測量精度造成的影響。

1.2 技術組成

GPS技術由空間部分、控制部分以及用戶部分組成。其中，空間部分泛指GPS衛星，具有接收存儲地面部分上傳的導航電文、持續生成載波信號及測距碼、根據測量需求調整衛星軌道與衛星鐘等功能?？刂撇糠职ūO測站、主控站，負責持續對GPS衛星信號進行觀測、采集相關資料信息。用戶部分包括GPS接收裝置、終端設備與軟件系統，負責持續對GPS信號進行跟蹤鎖定、測量信號傳播時間等數據，將數據導入軟件中運算處理。

1.3 技術特點

（1）實時性。以傳統靜態相對定位技術為例，在觀測半徑20km范圍內的基線時，需要消耗15～60min才能準確獲取測量數據。然而應用GPS技術只需要5min即可完成流動站初始化觀測作業，在短時間內多次獲取測點位置數據，C/A碼測量速度為0.1m/s。（2）全天候。GPS系統具備全天候導航定位的使用功能，且不會受到氣候、測區地理環境等因素的限制影響，可以24h全天候開展工程測量作業。（3）操作簡單。在建筑工程測量期間，工作人員僅需在各處觀測點安裝GPS接收機、搭設天線、檢查設備運行工況即可，GPS系統將基于程序運行準則，自動完成衛星信號捕捉、跟蹤觀測等操作。在觀測完畢后，再將電源關閉、收起GPS接收機，抗干擾性強。與傳統工程測量技術相比，GPS測量系統創新性采取了擴頻、偽碼技術，GPS接收機無需向外發射信號，對所接收衛星信號進行解譯處理即可，最大程度上減小了外部干擾源對信號傳輸質量、測量精度造成的影響。（4）測站無需通視。在應用GPS技術時，將測站角度保持在15°以上，且測站上空區域較為開闊時，即可滿足工程測量基礎條件，無需對相鄰測站保持通視狀態，即可完成工程測量任務，降低了建筑工程測量成本，并簡化了傳算點、過渡點的測量步驟。

2 GPS技術在建筑工程測量中的應用

2.1 制訂測量方案

（1）技術設計。根據測量項目情況明確GPS測量精度要求，合理選擇基準點位置與網形設置方式。目前，在多數建筑工程測量項目中往往需要設置12個控制點，然后在其基礎上構建工程控制網。其中，2個控制點負責對已知平面開展聯測作業，5～6個控制點為高程控制點，采取連邊法布置工程控制網。同時，可選擇采取二級網絡設置方式，將平均邊長度值控制在1000m以下，并將測量誤差值控制在10～4m以下。（2）觀測選址。盡量將測量點設置在視野較為開闊、障礙物數量較小、無電磁干擾源的區域中，保持相鄰測點的合理間隔距離，以此擴大GPS測量范圍，提高測量效率。禁止在分布大功率無線電通信電磁、大型河流水域的區域中設置測量點，水體與通信電磁將會對GPS信號的傳播性能與質量造成影響。同時，將測點設置在平面較高的區域中，提前檢查地面穩定性，必要時對地面進行硬化平整處理。（3）確定觀測時間。與傳統測量技術相比，GPS技術具有全天候作業的特征，減小了氣候條件對測量精度造成的影響。但在技術實際應用中，需要將若干數量地球衛星瞬時坐標作為已知點位，若觀測時間選擇不當，則觀測效果會受到大氣折射、可視GPS衛星數量不足問題的影響。因此，工作人員必須綜合分析氣候條件、GPS衛星軌跡等因素，合理選擇觀測時間。（4）觀測方法選擇。根據建筑工程測量項目類型與任務內容，工作人員應選擇適當的觀測方法。例如，在開展建筑工程地基位移沉降監測作業時，采取水準測量方式，提前在建筑工程周邊區域中設置若干數量基準點，確?；鶞庶c周邊未分布信號干擾源。隨后，在各基準點安裝GPS接收機、搭設天線、連通電源，持續接收、跟蹤鎖定GPS衛星所發出的衛星信號，將信號導入數據處理軟件中解譯處理，即可直接獲取測量值，準確評估建筑地基結構的實時位移量與沉降量。

2.2 外業測量

在外業測量環節，不同GPS作業模式的操作要點不同，工作人員應注意以下事項：（1）在采取經典靜態定位方式時，需要同時在基線兩端部位設置信號接收機，同步對4顆及以上的GPS衛星進行跟蹤觀測，要求將1km范圍內的相對定位誤差控制在5mm以下。隨后，對基線觀測封閉圖形進行平差處理，減小測量誤差。（2）在采取快速靜態定位方式時，在測區內設置1處基準站、1處流動站，各站點內均安裝信號接收機，基準站負責對GPS衛星進行持續跟蹤。流動站負責依次在各點位對GPS衛星開展,觀測作業。這項技術主要適用于建立工程控制網，需要將基準站與流動站間距控制在20km以下，將GPS衛星數量穩定控制在5顆及以上。（3）在采取準動態定位方式時，提前在測區設置1處基準點，安裝信號接收機持續對GPS信號進行跟蹤觀測。同時，將一處流動信號接收機依次在各站開展短時間觀測作業，對衛星信號進行連續跟蹤，避免出現信號失鎖問題。當出現失鎖問題時，需要將失鎖流動點的觀測時間延長2min。

2.3 數據采集及處理

（1）數據采集環節。工作人員首先對測量數據備份處理，開展一系列預處理操作，最大程度上減小人為、環境等因素對測量精度造成的影響，消除測量誤差，然后結合三維坐標、已知高程點數量等信息，準確評估所采集測量數據的質量與精確度，最后將測量數據導入相關軟件中。

（2）數據處理環節。根據測量需求，工作人員靈活運用網平差結算法與基線解算法開展數據處理操作。與傳統數據處理技術相比，可以輔助或替代人工進行自動化計算，提高數據處理效率，減小人為因素對數據精確度造成的影響。同時，能夠減小計算誤差、降低計算錯誤等問題的出現概率?？蛇x擇組合采取靜態測量、快速靜態測量技術，當兩項技術所獲取測量值相似、測量精度符合相關標準時，則表明數據準確度得到保障，直接對GPS信號進行解譯處理即可。如果二者測量值偏差較大，那么表明測量精度受到點位位置影響，需要對測量數據進行優化處理，適當調整觀測時段，以此減小數據處理誤差。

2.4 建立工程控制網

為滿足建筑工程測量要求，必須根據項目情況合理選擇工程控制網的網型、明確控制網精度要求。在測量項目中，工程控制網起到基礎保護作用，可為工程測量、安全監測等活動的開展提供基礎條件與準確參照。在建立工程控制網時，需要遵循分級布網、逐級控制原則，要求工程控制網具有良好精度、充足密度。因此，工作人員在應用GPS技術時，應做好選位與埋石作業，在適當位置埋設若干數量標石，應用載波相位靜態差分技術，按預定方案完成觀測作業，對觀測數據進行概算處理、控制網平差處理，將精度控制在毫米級。

3 GPS技術在建筑工程測量中的優化改進

雖然GPS技術具有明顯優勢，自動化程度較高，可以在短時間內完成建筑工程測量任務，但是GPS技術仍存在應用局限性，在測量過程中遇到夾雜劣質數據、受到偏差影響、信號中斷周跳等問題時會對GPS技術的應用推廣造成限制。因此，相關部門與企業需要加強對GPS技術的研發力度，持續地對技術體系進行創新優化。例如，可選擇采取調整衛星高度角、電離層折射改正技術措施。其中，調整衛星高度角指在出現缺省設置值結算基線失敗問題、圖形強度因素值較小現象時將無法保障基線解算結果準確性，此時需要對GPS衛星高度角進行解算調整，減小衛星信號多路徑與延遲溫度對基線結果準確性造成的影響，以此取得良好的基線結果。

4 結束語

綜上所述，在建筑工程測量領域中，GPS具有較強的優越性，實現了測量效率、測量精度與項目質量的全面提升。因此，在工程建設過程中必須加大對GPS技術的應用力度，將其作為工程測量技術體系的重要補充措施及核心技術手段。同時，GPS技術在實際應用中也存在一些問題，需要對GPS技術體系進行創新探索，積極采取各項技術改進措施，提高技術價值。