工程測(cè)量中GPS技術(shù)存在的問(wèn)題及解決措施

文/高一文

作為工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，工程測(cè)量對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度要求很高。一旦測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)工程質(zhì)量受到影響。為了提升工程測(cè)量精度，避免資源不必要浪費(fèi)，同時(shí)保障工程建設(shè)質(zhì)量，人們將GPS技術(shù)應(yīng)用到了工程測(cè)量當(dāng)中。但由于各種主觀及客觀因素的影響，工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用存在一些問(wèn)題有待解決?，F(xiàn)以道路工程為例，討論GPS技術(shù)的應(yīng)用、應(yīng)用問(wèn)題及問(wèn)題解決措施，希望能夠?qū)ξ覈?guó)工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展提供理論幫助。

1 工程測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

1.1 工程控制網(wǎng)建設(shè)

工程控制網(wǎng)說(shuō)的是為工程建設(shè)布設(shè)的專(zhuān)用測(cè)量控制網(wǎng)，其作用在于為各項(xiàng)測(cè)量工作提供位置基準(zhǔn)，滿足工程建設(shè)不同階段測(cè)繪的要求，其建立一般根據(jù)工程類(lèi)型、規(guī)模及所處地形而定。在道路工程中應(yīng)用GPS技術(shù)建設(shè)工程控制網(wǎng)，不受地形限制，可在某一特定精度下直接選定待測(cè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，而相鄰觀測(cè)點(diǎn)間無(wú)需通視，其坐標(biāo)也無(wú)需逐級(jí)傳遞。所以，測(cè)量中并無(wú)傳遞誤差。由此可見(jiàn)，GPS技術(shù)對(duì)減少道路工程測(cè)量誤差有重要作用。值得一提的是，由于GPS絕對(duì)定位的定位精度較低，所以道路工程中常用GPS相對(duì)定位。比如說(shuō)布設(shè)四等級(jí)道路平面控制網(wǎng)，根據(jù)道路工程實(shí)際，沿道路走向平均450米左右布設(shè)一對(duì)GPS控制點(diǎn)，采用邊連式的控制網(wǎng)，確定其滿足多余觀測(cè)需求。為保證選點(diǎn)可靠性，選定兩個(gè)控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，獲得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。為避免信號(hào)干擾及施工影響，將控制點(diǎn)布設(shè)在施工紅線外滿足通視需求的地方。

1.2 變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)說(shuō)的是對(duì)工程變形現(xiàn)象的持續(xù)監(jiān)測(cè)、對(duì)變形形態(tài)的分析與對(duì)發(fā)展態(tài)勢(shì)的預(yù)測(cè)，其目的在于反饋設(shè)計(jì)施工質(zhì)量，研究正常的施工變形規(guī)律及預(yù)報(bào)變形的方法。在道路工程中應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，能同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維位移，可消除或削減系統(tǒng)誤差對(duì)所測(cè)變形量的影響，也可直接用大地高進(jìn)行垂直變形測(cè)量，避免高程轉(zhuǎn)化中的精度損失?，F(xiàn)階段，應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行道路變形監(jiān)測(cè)可用連續(xù)性監(jiān)測(cè)和周期性重復(fù)監(jiān)測(cè)兩種模式。比如，對(duì)于橋梁的靜動(dòng)載試驗(yàn)，可采用連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式；對(duì)于道路地面沉降，采用周期性重復(fù)監(jiān)測(cè)模式，以獲取變形信息及其特征。

1.3 水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定

水準(zhǔn)點(diǎn)說(shuō)的在高程控制測(cè)量時(shí)埋沒(méi)的高程控制點(diǎn)標(biāo)志，其作用在于指導(dǎo)施工。在道路工程測(cè)量中應(yīng)用GPS進(jìn)行水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定，主要采用GPS高程擬合方法。先通過(guò)聯(lián)測(cè)得到高程異常值，再根據(jù)實(shí)際需求選擇二次曲面擬合法、平面擬合法、多面函數(shù)擬合法、最小二乘法配置法等方法進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換，最后得到正常高程。據(jù)相關(guān)工程建設(shè)實(shí)踐證明，用GPS擬合出的正常高程能滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量精度的要求，對(duì)節(jié)約工程建設(shè)成本有重要作用。

2 工程測(cè)量中GPS技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.1 技術(shù)限制

雖然工程測(cè)量中GPS的定位及測(cè)量精度已經(jīng)達(dá)到了厘米甚至是毫米級(jí)，但由于GPS對(duì)無(wú)線定位技術(shù)的依賴(lài)性較強(qiáng)，需要靠無(wú)線信號(hào)進(jìn)行連接，而信號(hào)傳輸必須具備連續(xù)性，所以在信號(hào)傳輸方面存在技術(shù)上的限制。這樣，在一些隱蔽性和存在遮擋的地方進(jìn)行施工時(shí)，就不能使用GPS開(kāi)展工程測(cè)量工作了。比如，深基坑邊坡支護(hù)的變形監(jiān)測(cè)、隧道工程地下控制網(wǎng)鋪設(shè)、橋梁靜載試驗(yàn)，因?yàn)槭艿降孛?、施工設(shè)備等的遮擋，所以GPS信號(hào)不強(qiáng)，導(dǎo)致接收器沒(méi)有辦法連續(xù)接收信號(hào)，甚至是接收不到信號(hào)，從而造成測(cè)量精度不達(dá)標(biāo)。再如，測(cè)站周?chē)叨冉?5度以上存在成片障礙物，測(cè)站離微波信號(hào)發(fā)射臺(tái)、變壓器、高壓線距離較近，測(cè)站周?chē)袊鷫ΑV告牌等反射信號(hào)物，都會(huì)影響測(cè)量精度。另外，在信號(hào)接收不到的情況下，很大程度上會(huì)發(fā)生觀測(cè)值跳躍，不僅會(huì)影響測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，也會(huì)阻礙工程建設(shè)進(jìn)程，還有可能會(huì)使人員產(chǎn)生消極情緒。

2.2 人員水平欠缺

在工程測(cè)量中應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)，涉及到數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，包含較多的工序，這就對(duì)技術(shù)人員及操作人員的業(yè)務(wù)水平提出了更高的要求。但是，現(xiàn)階段的工程建設(shè)單位或部門(mén)中，大多人員并不具備豐富的、與GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用有關(guān)的知識(shí)，對(duì)GPS設(shè)備及相關(guān)操作掌握不熟練，也不能獨(dú)立解決其應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，從而造成數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確度缺失的問(wèn)題。另外，隨著GPS的應(yīng)用，管理人員承擔(dān)的任務(wù)直線上升。不僅要對(duì)工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)管理工作進(jìn)行有效規(guī)劃，合理安排現(xiàn)場(chǎng)施工人員，還要按照工程建設(shè)要求及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量及施工情況進(jìn)行嚴(yán)格管控。但實(shí)際上，大多管理人員的現(xiàn)場(chǎng)管理能力及對(duì)GPS技術(shù)的認(rèn)識(shí)還有待進(jìn)一步提高。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)管理不到位

GPS技術(shù)下的工程測(cè)量包括施測(cè)前信息收集、設(shè)備安裝、人員組織、測(cè)量技術(shù)擬定、技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)編寫(xiě)（主要是GPS控制網(wǎng)基準(zhǔn)和精度設(shè)計(jì)）、衛(wèi)星可視性預(yù)報(bào)、最佳觀測(cè)時(shí)段選擇、接收機(jī)調(diào)度計(jì)劃制定等，內(nèi)容繁多，工序復(fù)雜，而且對(duì)精度的要求很高。要有效完成測(cè)量工作，達(dá)到測(cè)量精度要求，必須做好現(xiàn)場(chǎng)管理工作。但從當(dāng)前部分道路工程測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)管理情況來(lái)看，仍舊存在工作不到位的問(wèn)題。具體表現(xiàn)為，施測(cè)前對(duì)工程建設(shè)周?chē)乃牡刭|(zhì)環(huán)境、當(dāng)?shù)貧夂驐l件等信息搜集不全面；對(duì)GPS設(shè)備管理不重視，導(dǎo)致其周?chē)嬖谏倭空趽跷?；不能根?jù)實(shí)際工程測(cè)量需求調(diào)配現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)與操作人員，造成部分工序人員不足現(xiàn)象；沒(méi)有嚴(yán)格管控技術(shù)交接流程，引起技術(shù)斷層；忽略GPS測(cè)量技術(shù)的缺陷，沒(méi)有嚴(yán)格監(jiān)督技術(shù)及操作人員進(jìn)行復(fù)測(cè)。

3 解決工程測(cè)量中GPS技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題的措施

3.1 增強(qiáng)GPS信號(hào)及其抗干擾能力

經(jīng)以上分析可知，在工程測(cè)量中應(yīng)用GPS的顯著問(wèn)題之一就是GPS信號(hào)容易受到外界環(huán)境的影響。所以，在應(yīng)用GPS時(shí)，相關(guān)部門(mén)及單位需要增強(qiáng)GPS信號(hào)及其抗干擾能力。一方面，在GPS信號(hào)接收機(jī)上加裝GPS信號(hào)放大器，由接收天線快速鎖定GPS衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)同軸電纜將衛(wèi)星射頻信號(hào)導(dǎo)入GPS-DSP主機(jī)完成信號(hào)放大、濾波及信號(hào)分配，再經(jīng)發(fā)射天線將信號(hào)覆蓋到收不到衛(wèi)星信號(hào)的地方。另一方面，清除測(cè)站周?chē)梢员磺謇淼恼趽酰_定其周?chē)叨冉?5度以上沒(méi)有成片障礙物，以及圍墻、廣告牌、大面積水域等反射信號(hào)物，并將其與微波信號(hào)發(fā)射臺(tái)、高壓線、變壓器等的距離控制在200m以外，以減少外界環(huán)境對(duì)GPS信號(hào)的干擾。

3.2 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

技術(shù)、操作與管理人員的知識(shí)技能水平與業(yè)務(wù)水平的高低與否直接影響GPS測(cè)量的準(zhǔn)確度，關(guān)系到工程測(cè)量的進(jìn)展。所以，在應(yīng)用GPS時(shí)，相關(guān)部門(mén)及單位需要在不影響工程建設(shè)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)人員培訓(xùn)。

（1）開(kāi)展GPS基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)，包括GPS的概念、發(fā)展過(guò)程、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標(biāo)、GPS信號(hào)、定位原理、定位方式、測(cè)距原理及實(shí)現(xiàn)、誤差來(lái)源、衛(wèi)星幾何圖形結(jié)構(gòu)、誤差虛弱的方法、差分定位、干擾及抗干擾、常用GPS技術(shù)、GPS測(cè)量常用坐標(biāo)系等。

（2）開(kāi)展GPS技術(shù)培訓(xùn)，包括GPS靜態(tài)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理、GPS RTK測(cè)量、GPS高程測(cè)量等。

（3）開(kāi)展GPS設(shè)備安裝及使用培訓(xùn)，明確指出設(shè)備安裝及使用要點(diǎn)、注意事項(xiàng)。

（4）開(kāi)展計(jì)算機(jī)操作培訓(xùn)，包括常用數(shù)據(jù)分析軟件、測(cè)量軟件、網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)等。

3.3 嚴(yán)格落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)管理工作

現(xiàn)場(chǎng)管理工作是增強(qiáng)工程測(cè)量有效性的重要保障之一，也是提高工程建設(shè)效率及質(zhì)量的重要途徑之一。因此，在應(yīng)用GPS時(shí)，相關(guān)單位或部門(mén)需要嚴(yán)格貫徹落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)管理工作。例如，監(jiān)督技術(shù)人員做好實(shí)測(cè)前的勘查工作，確保其收集到工程建設(shè)周?chē)牡刭|(zhì)環(huán)境、氣候條件等的全面信息；注重GPS設(shè)備管理，保證其周?chē)淮嬖诔善系K物、信號(hào)干擾物及反射信號(hào)物；根據(jù)工程測(cè)量需求合理調(diào)配技術(shù)及操作人員，確保每一工序、每一設(shè)備都有人負(fù)責(zé)；嚴(yán)格把控技術(shù)交接流程，一道工序完成時(shí)，報(bào)審批后進(jìn)行下一道工序；重視GPS技術(shù)缺陷，嚴(yán)格監(jiān)督技術(shù)及操作人員復(fù)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在工程測(cè)量中，GPS技術(shù)可應(yīng)用于工程控制網(wǎng)建設(shè)、變形監(jiān)測(cè)及水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定等方面，對(duì)提高工程測(cè)量精度、節(jié)約工程建設(shè)成本有重要作用。從當(dāng)前GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用情況來(lái)看，其中存在技術(shù)限制、人員水平欠缺、現(xiàn)場(chǎng)管理不到位等問(wèn)題。要解決這些問(wèn)題，相關(guān)單位或部門(mén)應(yīng)當(dāng)注重增強(qiáng)GPS信號(hào)及其抗干擾能力，并加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員、操作人員及管理人員的培訓(xùn)，同時(shí)嚴(yán)格落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)管理工作，從而實(shí)現(xiàn)GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的有效應(yīng)用，在提高工程建設(shè)效率與質(zhì)量的同時(shí)，促進(jìn)GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。