淺談GPS測(cè)量技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

邵彩霞

（尉氏縣規(guī)劃建設(shè)局，河南 開(kāi)封 475500）

淺談GPS測(cè)量技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

邵彩霞

（尉氏縣規(guī)劃建設(shè)局，河南 開(kāi)封 475500）

本文主要闡述了傳統(tǒng)的測(cè)量方法與GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了各自優(yōu)勢(shì)的對(duì)比，闡明了GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)、使用原則及在高層建筑測(cè)量中的應(yīng)用。

GPS測(cè)量技術(shù)；建筑工程；高層建筑

GPS全球定位系統(tǒng)是美國(guó)為其陸軍、海軍和空軍提供全天候、全球性的、實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位服務(wù)而研制的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。GPS定位控制系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入衛(wèi)星中去，同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等[1]，GPS定位系統(tǒng)作為新型技術(shù)，它具有定位準(zhǔn)確、測(cè)量速度快、對(duì)基本控制網(wǎng)點(diǎn)密度沒(méi)有要求等特點(diǎn)，近年來(lái)在各種工程測(cè)量中，都得到了廣泛應(yīng)用。

1 建筑工程最常用的測(cè)量方法

第一種是吊線墜法。這是一種傳統(tǒng)的測(cè)量方法，它常常受到空氣能見(jiàn)度的影響比較大（比如：雨、雪、大霧、揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴、風(fēng)速等惡劣氣象要素），再加上測(cè)量精度比較低，一般情況下都不再采用這種方法測(cè)量了。第二種是經(jīng)緯儀斜投測(cè)法。這種方法測(cè)量精度比較高，但是，由于經(jīng)緯儀屬于光學(xué)儀器類(lèi)別，它對(duì)空氣能見(jiàn)度有一定的要求，在操作中有一定局限性。這種測(cè)量方法對(duì)控制點(diǎn)有一定的要求，控制點(diǎn)與離建筑物必須有一定距離，從目前的建筑規(guī)劃情況看，各個(gè)建筑物都比較密集，施工場(chǎng)的面積很難滿足經(jīng)緯儀斜投測(cè)法要求。這種測(cè)量方法受到天氣條件的影響也比較大。第三種是激光經(jīng)緯儀法和垂準(zhǔn)儀法。這兩種設(shè)備都屬于光學(xué)儀器，都具有測(cè)量精度高，實(shí)施及操作方便等特點(diǎn)，也是近年來(lái)高層建筑施工當(dāng)中最為常用的測(cè)量方法；光學(xué)儀器最大的缺點(diǎn)是要求先決條件，不論在任何情況下，就必須保持通視孔的通透性能，隨著建筑技術(shù)和建筑材料性能不斷提高，建筑物的高度也會(huì)不斷增加；從而會(huì)出現(xiàn)因日照、溫度、風(fēng)荷載等作用，也會(huì)帶來(lái)施測(cè)困難。第四種就是GPS測(cè)量技術(shù)。由于GPS定位精度高、速度快，還能夠?qū)崟r(shí)提供任一點(diǎn)的坐標(biāo)，是現(xiàn)在和今后建筑施工的最理想的測(cè)量方法。

2 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS的特點(diǎn)

2.1 定位精度高

首先是GPS測(cè)量基線的精度：近年來(lái)已經(jīng)由原來(lái)10-7，逐步提高到了10-6。

其次是靜態(tài)相對(duì)定位精度：也達(dá)到了毫米級(jí)別，若是針對(duì)有特殊要求的測(cè)量項(xiàng)目，可以采取特殊措施處理，能夠達(dá)到亞毫米的級(jí)別。

第三是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位精度：對(duì)于一般的工程測(cè)量，能達(dá)到cm級(jí)，對(duì)于大型建筑物、高層建筑物、構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)等測(cè)量項(xiàng)目中，若采用特殊措施，并安裝精密星歷和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件以后，其精度（平面）能夠達(dá)到亞毫米級(jí)，而且，高程的精度能夠穩(wěn)定在1mm級(jí)，都能購(gòu)滿足各種工程測(cè)量要求。

2.2 測(cè)量時(shí)間大大縮短

近年以來(lái)，隨著GPS全球定位系統(tǒng)的附屬設(shè)備進(jìn)一步完善，GPS測(cè)量軟件的功能和水平不斷的加強(qiáng)和提高，測(cè)量的時(shí)間已經(jīng)比原來(lái)的幾小時(shí)，已經(jīng)縮短到了現(xiàn)在的幾十分鐘，作業(yè)效率已經(jīng)明顯提高。

2.3 GPS測(cè)量站間不需要通視

光學(xué)測(cè)量設(shè)備在實(shí)施測(cè)量時(shí)，都有嚴(yán)格的通視要求，還要設(shè)置大量的規(guī)標(biāo)，要求測(cè)量場(chǎng)地大而寬闊，因此受到了一定的局限性，給測(cè)量工作帶來(lái)各種的困難。GPS全球定位系統(tǒng)測(cè)量只有一項(xiàng)要求，測(cè)站上空與衛(wèi)星的聯(lián)系通道開(kāi)闊就可以了，測(cè)站之間不需要相互通視，也不需要設(shè)置規(guī)標(biāo)。這樣既節(jié)省時(shí)間又節(jié)省測(cè)量經(jīng)費(fèi)。

2.4 GPS接收設(shè)備操作簡(jiǎn)便

目前GPS測(cè)量地面設(shè)備的自動(dòng)化程度非常高。操作步驟非常簡(jiǎn)單，觀測(cè)的時(shí)候測(cè)量員只要把地面接收設(shè)備安裝好，按順序鏈接信號(hào)電纜，將測(cè)量接收設(shè)備天線安裝到指定高度，記錄氣象地面觀測(cè)主要數(shù)據(jù)，把監(jiān)視儀器的狀態(tài)調(diào)整好，具體的定為實(shí)時(shí)測(cè)量工作，GPS設(shè)備能夠自動(dòng)完成捕獲、跟蹤、觀測(cè)和記錄等任務(wù)。測(cè)量完畢，只需要將設(shè)備關(guān)閉收好就行了。

2.5 不受任何條件的限制，實(shí)施全天候定位

GPS衛(wèi)星數(shù)目多達(dá)36顆，在太空分布比較均勻，能夠完全覆蓋整個(gè)地球各個(gè)區(qū)域，能夠保證用戶在地球任何一個(gè)地方、任何時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，都能保證4顆以上的GPS衛(wèi)星為你服務(wù)。

2.6 能夠?yàn)橛脩籼峁┤蚪y(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)

在實(shí)際工程運(yùn)行中，“必須將三維GPS基線向量觀測(cè)值和其方差陣投影，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成為工程坐標(biāo)系的二維平面上”[2]。也就是說(shuō)“要將GPS基線網(wǎng)的投影，變換成為工程使用的測(cè)量控制網(wǎng)。轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵步驟是使GPS基線向量網(wǎng)要與常規(guī)地面網(wǎng)測(cè)量的控制點(diǎn)（原點(diǎn)）重合，保證其始方向一定要保持一致”[3]。在實(shí)際的工作中，為了更好地使用測(cè)量結(jié)果，要求轉(zhuǎn)換的控制點(diǎn)坐標(biāo)直接反算的邊長(zhǎng)，要與實(shí)地測(cè)量的邊長(zhǎng)其長(zhǎng)度應(yīng)該相等。

3 GPS在建筑工程測(cè)量中應(yīng)用

3.1 觀測(cè)點(diǎn)的選擇

光學(xué)測(cè)量?jī)x器選擇觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)的通視程度有一定要求；而GPS測(cè)量選擇觀測(cè)點(diǎn)之間對(duì)于是否通視不作要求。在選擇的時(shí)候只要滿足常規(guī)要求并注意掌握下面幾條原則；原則一，防止電磁信號(hào)干擾原則。在選點(diǎn)時(shí)，首先注意盡量避開(kāi)大功率無(wú)線發(fā)射源，有效距離應(yīng)保持在二百米以上；其次是注意避開(kāi)20KV以上的高壓輸送電線，最好是保持五十米以上的距離。原則二，避免電磁波反射原則。在選擇測(cè)量點(diǎn)的時(shí)候，最好要避開(kāi)大面積的水域，主要防止水面鱗波對(duì)電磁波的反折射的干擾，減小多路徑效應(yīng)的影響。原則三，保持測(cè)量點(diǎn)上方開(kāi)闊原則。最好將觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在高層建筑的頂層，并且平視視覺(jué)范圍內(nèi)周邊一百五十米以內(nèi)不得有任何障礙物，避免衛(wèi)星信號(hào)對(duì)接收機(jī)的影響。

3.2 技術(shù)參數(shù)的設(shè)置

技術(shù)參數(shù)的設(shè)置，主要有設(shè)計(jì)精度設(shè)置、觀測(cè)計(jì)劃設(shè)置、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)設(shè)置和網(wǎng)形設(shè)置等。在實(shí)際測(cè)量中確定設(shè)計(jì)精度的時(shí)候，要注意掌握測(cè)量區(qū)域的實(shí)際情況和測(cè)量工程的實(shí)際需求，來(lái)設(shè)置工程或者設(shè)置城市CPS網(wǎng)作為測(cè)量區(qū)域的首級(jí)控制網(wǎng)。在設(shè)置平均邊長(zhǎng)的時(shí)候，注意掌握在1 km以內(nèi)，弱邊相對(duì)誤差注意掌握在千分之一以下?！癎PS接收機(jī)的標(biāo)稱精度誤差應(yīng)該掌握在a≤15mm。在觀測(cè)設(shè)計(jì)方面，GPS衛(wèi)星的可見(jiàn)預(yù)報(bào)圖和幾何圖形強(qiáng)度是最佳的依據(jù)，注意選擇最有利于觀測(cè)的時(shí)段，注意進(jìn)行作業(yè)調(diào)度表的編排工作”[4]。

3.3 觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志的設(shè)定

在設(shè)置GPS測(cè)量點(diǎn)位標(biāo)志的時(shí)候，要本著便于測(cè)量、不宜改動(dòng)的原則，設(shè)置點(diǎn)位標(biāo)志要明顯，一定要能夠保持到建筑工程施工完成以后，還能夠被有效利用的程度，對(duì)于施工場(chǎng)地外圍的測(cè)量點(diǎn)位，其標(biāo)志也要保證在整個(gè)施工期間不能被損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的進(jìn)一步增強(qiáng)，各條戰(zhàn)線、各個(gè)領(lǐng)域都在突飛猛進(jìn)的發(fā)展。建筑行業(yè)也不例外，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)滿足不了建筑業(yè)快速發(fā)展的需要，在發(fā)展過(guò)程中遇到的新情況、新問(wèn)題，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)和測(cè)量方法已經(jīng)滿足不了新情況、新問(wèn)題的要求；也就是說(shuō)現(xiàn)在工程對(duì)測(cè)量設(shè)備的要求越來(lái)越高，應(yīng)滿足在溫差比較大、太陽(yáng)光照特別強(qiáng)、風(fēng)載強(qiáng)度大的情況下，要克服這些環(huán)境因素的影響，保證準(zhǔn)確、迅速地進(jìn)行高程傳遞，平面軸線控制工作任務(wù)。GPS測(cè)量技術(shù)都能適應(yīng)這些特殊自然環(huán)境，在高層建筑的測(cè)量中發(fā)揮出了自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和效能。當(dāng)今時(shí)代，積極采用高科技手段組織施工，采用最新的測(cè)量技術(shù)作支撐，能充分保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，促使工作效率將會(huì)成倍提高。

[1]劉奎，馬海軍.淺析GPS技術(shù)及其在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技博覽，2011（19）：286.

[2]苗殿勇.GPS在工程測(cè)繪上的精確應(yīng)用與發(fā)展[J].投資與合作：學(xué)術(shù)版，2011（11）.

[3]李祖鋒，高建軍，繆志選，張明山.利用最優(yōu)抵償投影面算法限制GPS邊長(zhǎng)投影變形[J].測(cè)繪工程，2010（1）：75-77.

[4]張蓉蓉，唐超.淺談在高層建筑施工中GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用[J].中國(guó)科技博覽，2010（35）：634.

U412.24

A

1671-0037（2014）09-96-2

邵彩霞（1975.10-），女，本科，工程師，研究方向，城鄉(xiāng)建設(shè)與規(guī)劃管理。