智能GPS在建筑測量技術(shù)中的發(fā)展與應(yīng)用

吳興

摘要：智能化、自動化技術(shù)的創(chuàng)新升級，帶動了GPS技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，并為建筑工程測量的發(fā)展提供了更多技術(shù)支持。例如改革了建筑工程測量手段，提高了測量數(shù)據(jù)的精確性，降低了建筑測量難度，強化了建筑測量便利性，減少了建筑測量的人工、物資費用等。據(jù)此，本文深入探討了GPS在建筑測量工程中的具體應(yīng)用以及優(yōu)化要點，期望能為相關(guān)研究提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);建筑工程;測量;應(yīng)用;優(yōu)化

全球定位技術(shù)，即GPS技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不僅極大程度提高了現(xiàn)代建筑工程測量的準(zhǔn)確度，降低了建筑工程測量的難度，還推動了建筑工程測量的智能化、自動化、科學(xué)化，使建筑工程人員能在不受溫差因素、日照因素、風(fēng)力因素干擾下控制平面軸線，實現(xiàn)高程傳遞，精確測量。因此，GPS技術(shù)在建筑工程測量領(lǐng)域愈加受到青睞。

1 GPS技術(shù)及其特征

GPS技術(shù)是由坐落在外太空的空間衛(wèi)星群與地面監(jiān)控系統(tǒng)相互聯(lián)動形成的系統(tǒng)，主要包括1個主控站、3個注入站、5個監(jiān)測站。其中，主控站的作用是向GPS衛(wèi)星發(fā)送控制命令，控制并調(diào)度衛(wèi)星;根據(jù)衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，修正衛(wèi)星參數(shù)，并將其重新輸入到GPS內(nèi)部。監(jiān)測站的作用是接受GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號，了解衛(wèi)星現(xiàn)階段的工作狀態(tài)。注入站的作用是依據(jù)主控站的指令，將數(shù)據(jù)注入到GPS內(nèi)。在衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的聯(lián)動下，GPS系統(tǒng)可實現(xiàn)實時導(dǎo)航定位、工程測量。

目前，GPS系統(tǒng)主要具有下列特征：

一是快速定位。GPS技術(shù)的出現(xiàn)時間雖不長，但各項配置都相對較完善。其中，定位所用為實時動態(tài)定位模式，可實現(xiàn)全天候定位，且呈現(xiàn)三維坐標(biāo)，應(yīng)用效率相對較高。此外，各觀測站間無需設(shè)置通視連接，便于靈活選擇定位地點。然而，觀測時，觀測站上空應(yīng)具備開闊性，否則GPS衛(wèi)星信號將無法被有效接收。

二是全天候觀測。因不同觀測站間無需進行通視連接，人們可在任意地點、時間選擇碎片化或者連續(xù)性觀測，且觀測過程不會被天氣等多種外在因素干擾。同時，GPS技術(shù)觀測時間短暫。在GPS控制網(wǎng)加持下，每個觀測站都可在30-40分鐘內(nèi)完成觀測。若觀測時所采用的是快速靜態(tài)定位法，則GPS觀測時間將進一步縮短，但觀測精確度不變。

三是定位精確度高。相比以往的定位測量技術(shù)，GPS定位測量精確度極高。通常而言，雙頻GPS接收定位數(shù)據(jù)的精確度保持在5mm+1×D左右，基本接近紅外儀表所測量的精度5mm+5×D。然而，比紅外儀表更優(yōu)越的是，GPS的長距離定位更具優(yōu)勢。具體表現(xiàn)為：距離越長，定位準(zhǔn)確度與精確度越高。

四是操作便捷。GPS定位測量技術(shù)的自動化水平非常高。伴隨著GPS接收機的操作愈加簡單，應(yīng)用GPS技術(shù)觀測時，僅整平、對中天線即可。若天線高度已知，則打開電源，GPS技術(shù)即會進行自動觀測、接收三維坐標(biāo)信息，從而大大提高了定位觀測的便利性，節(jié)省了相關(guān)人力成本、財力資源。

2 GPS技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用

應(yīng)用GPS技術(shù)處理建筑工程相關(guān)測量工序，即利用GPS接收機等多種設(shè)備，按既定工程測量計劃、測量方案進行外業(yè)測量，獲得具體的測量數(shù)據(jù)，再引入計算機系統(tǒng)，計算測量所得工程數(shù)據(jù)，以便施工方準(zhǔn)確高效施工[1]。

2.1 測量地形地基

目前，建筑工程施工人員主要應(yīng)用GPS技術(shù)測量建筑地形以及地基參數(shù)，并據(jù)此數(shù)據(jù)確定每寸土地相應(yīng)的權(quán)屬界址點。不少建筑施工單位則通過GPS技術(shù)獲取地形、地基、房地產(chǎn)周邊數(shù)據(jù)，并提供給建筑工程項目管理部門重新調(diào)整平面圖及其面積，確保圖紙設(shè)計的比例尺能精確到厘米。相關(guān)測量實踐證明，應(yīng)用GPS技術(shù)測量建筑工程的待測點，可準(zhǔn)確高效地反饋各待測點的三維坐標(biāo)，便于建筑工程設(shè)計人員、施工人員掌握所需數(shù)據(jù)，明確測繪情況，準(zhǔn)確分析、判斷工程建筑的待改進之處，不斷提高建筑施工的安全性。基于GPS技術(shù)測量所得數(shù)據(jù)，引入計算機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)保存和分析，以使相關(guān)工作人員能及時獲取建筑的地形地基數(shù)據(jù)，合理籌劃后期工作。

2.2 監(jiān)測工程變形

建筑工程設(shè)計施工不到位時，工程施工或出現(xiàn)變形問題。若不及時分析工程變形形態(tài)，掌握其施工變形規(guī)律，科學(xué)預(yù)測工程變形發(fā)展態(tài)勢，工程施工變形風(fēng)險將愈發(fā)嚴(yán)重。因此，在修建建筑工程時，建筑工程師通常會引入并應(yīng)用GPS技術(shù)實時監(jiān)測建筑變形，并監(jiān)測觀測點三維坐標(biāo)的變化，以便在最短時間內(nèi)消除或減少系統(tǒng)誤差，降低建筑變形量。部分建筑施工人員則引入大地高測量建筑的垂直變形，防止建筑高程在轉(zhuǎn)化過程中出現(xiàn)精度失準(zhǔn)問題。當(dāng)前，基于GPS技術(shù)的建筑工程變形監(jiān)測主要有兩種模式，一種是連續(xù)性監(jiān)測，另一種是周期性監(jiān)測，主要由建筑工程的特征決定。

2.3 測量施工水準(zhǔn)點

以往，建筑工程施工單位主要采用傳統(tǒng)手段測定施工水準(zhǔn)點，加上傳統(tǒng)測定技術(shù)無需提前進行實地考察，導(dǎo)致測得的數(shù)據(jù)缺乏可靠性，測量水準(zhǔn)點與施工水準(zhǔn)點間存在較大距離，連帶建設(shè)完成的工程工序出現(xiàn)瑕疵。直至GPS技術(shù)出現(xiàn)并用于測量水準(zhǔn)點，水準(zhǔn)點不精確問題才得到有效解決。測量水準(zhǔn)點時，GPS衛(wèi)星會先向地面GPS接收機發(fā)送信號，傳遞水準(zhǔn)點三維坐標(biāo)，使建筑工程人員獲得準(zhǔn)確水準(zhǔn)點。隨后，建筑人員依據(jù)此水準(zhǔn)點數(shù)據(jù)著手施工，確保工程施工質(zhì)量，有效推進施工進度。

2.4 繪制大比例地圖

修建建筑工程前，首先要做好工程測量，繪制多個不同的工程建設(shè)地圖，以為施工單位提供指導(dǎo)。然而，施工單位不同，建筑工程地形圖的繪制方式不同，工程地圖比例以及形態(tài)不同。加上地圖繪制人員所得信息大多源自人工測量，準(zhǔn)確度與精確度不高，以致最終繪制形成的地圖無法為工程施工提供準(zhǔn)確有效指導(dǎo)。GPS測量技術(shù)的出現(xiàn)，則有效解決了這一問題。首先，GPS技術(shù)基本不受外部自然環(huán)境因素影響，在大多數(shù)情況下均可準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)及相關(guān)信息;其次，GPS技術(shù)自帶監(jiān)測功能，可隨時監(jiān)測并獲取各時期各部分的地圖數(shù)據(jù)，以便建筑施工人員準(zhǔn)確繪制大比例地圖，為建筑工程的修建提供最可靠的地圖指導(dǎo)。

2.5 編輯建筑工程圖

建筑工程圖的測量、編輯準(zhǔn)確性，直接影響到建筑工程的施工結(jié)果。因此，GPS技術(shù)出現(xiàn)后，建筑工程師愈加注重應(yīng)用GPS系統(tǒng)測量、收集建筑工程的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、界址線數(shù)據(jù)等，并將其綜合疊加起來，形成工程圖編輯所需數(shù)據(jù)。隨后，工程圖編輯人員引入計算機系統(tǒng)，有選擇地確定工程圖要素，明確輸出精度、工程圖比例尺等，編輯具有指導(dǎo)功能的工程圖。此時須注意的是，處理工程圖參數(shù)數(shù)值時，須將其和數(shù)據(jù)編輯聯(lián)系起來，再從多維度出發(fā)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)信息處理工程信息，明確建筑施工步驟編號。此外，測算建筑工程量前，嚴(yán)格查驗建筑工程的坐標(biāo)串，防止工程的各類界線、線狀物出現(xiàn)打折問題。若條件允許，可引入辛普森公式有序開展計算。

2.6 分析測繪數(shù)據(jù)

應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)對建筑工程進行測繪定位后，須由專業(yè)數(shù)據(jù)分析人員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貦z查、分析工程測量所得數(shù)據(jù)，以便及時剔除無用數(shù)據(jù)，縮短數(shù)據(jù)利用時間，同時使建筑工程設(shè)計、施工人員能及時獲取準(zhǔn)確的工程測量參數(shù)，消除錯誤定位帶來的工程設(shè)計、工程施工問題?？紤]到工程測量情況多變，可在GPS技術(shù)基礎(chǔ)上引入RTK技術(shù)，形成移動測繪站與基準(zhǔn)站，合理測繪工程地圖。相比傳統(tǒng)依靠測繪人員的測量操作，GPS技術(shù)測量操作更具便利性，僅須在預(yù)設(shè)位置上配置GPS信號接收器，即可展開測量編碼活動，及時獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)以獲取相應(yīng)效果圖。

3 GPS技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用優(yōu)化

3.1 增強GPS信號以加強抗干擾

應(yīng)用GPS技術(shù)開展建筑工程測量工作時，GPS信號或多或少會被外界環(huán)境因素影響。因此，建筑工程相關(guān)部門在使用GPS技術(shù)時，要注重增強GPS信號，提高其抗干擾能力。在這方面，可采取下列改進措施：一是在GPS信號接收設(shè)備上植入GPS信號放大器，由接收天線快速鎖定GPS衛(wèi)星信號，再通過同軸電纜在GPS-DSP主機內(nèi)引進衛(wèi)星射頻信號，進一步放大信號，加強信號濾波與分配，以便信號能覆蓋到更廣泛的區(qū)域，提高各點三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確性。二是清楚監(jiān)測位置點周邊的遮擋物，確保監(jiān)測點高度角15度之上沒有廣告牌、圍墻、大面積水域等成片障礙物，且距離高壓線、變壓器等設(shè)備高達200米以上，進而避免或弱化外部環(huán)境因素破壞GPS信號。

3.2 優(yōu)化改進GPS技術(shù)

應(yīng)用動態(tài)GPS技術(shù)或靜態(tài)GPS技術(shù)參與建筑工程測量工作時，都須先復(fù)核工程基準(zhǔn)點的精度，以確保工程測量的起算點和觀察點合理分布，從而降低GPS技術(shù)應(yīng)用局限性，縮小GPS技術(shù)測量誤差。在這方面，同樣建議拆除遮蔽GPS信號的成片障礙物，增強GPS信號，但同時，本文認(rèn)為建筑工程測量人員可進一步引入常規(guī)儀器，通過水準(zhǔn)檢驗以共同提高工程測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，確保城市測繪結(jié)果準(zhǔn)確可靠[2]。

3.3 統(tǒng)一應(yīng)用規(guī)范

GPS技術(shù)在我國建筑工程測量中應(yīng)用的時間還較短，各項應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章、細則、制度都有所欠缺，以致其應(yīng)用效率、應(yīng)用效果不甚理想。所以，相關(guān)部門有必要就此加速制定和完善GPS技術(shù)在我國建筑工程測量中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，提高GPS的應(yīng)用可靠性。

4 結(jié)語

綜上，GPS在我國建筑工程測量中發(fā)揮著重要作用，包括測量地形地基、監(jiān)測工程變形、測量施工水準(zhǔn)點、繪制大比例地圖、編輯建筑工程圖、分析測繪數(shù)據(jù)等，但由于應(yīng)用時間短，其還需進一步改進和優(yōu)化，才能更好地確保工程測繪的精確性。

參考文獻

[1]于海霞.淺談GPS測繪技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用[J].居舍.2019.

[2]朱鵬.GPS測量技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向.2019.