建筑測繪中GPS 技術的有效應用分析

鐘曉晉

（貴州中色藍圖科技有限公司，貴陽 550081）

1 GPS 技術的概述

1.1 GPS 技術基本原理

全球定位系統(tǒng)（GPS）是一種利用衛(wèi)星信號進行精確三維測量和定位的先進技術， 其基本原理是通過接收來自多顆衛(wèi)星的信號，并利用信號傳播時間和距離的關系，計算出接收點的空間坐標。 在工程項目中，GPS 技術能為測繪、地理信息系統(tǒng)、土地規(guī)劃和建設等環(huán)節(jié)提供高精度位置信息。

1.2 GPS 技術工作方式

GPS 技術通過多顆衛(wèi)星組成系統(tǒng)， 將衛(wèi)星信號傳輸?shù)降孛娼邮掌鳎邮掌魍ㄟ^接收多顆衛(wèi)星信號，并根據(jù)信號傳播時間差來計算接收器與衛(wèi)星之間的距離。 為準確計算距離，接收器還需精確記錄衛(wèi)星信號的到達時間， 并與衛(wèi)星發(fā)射時間進行比較，此外，接收器還借助衛(wèi)星位置和運動信息，采用三角測量原理計算接收器位置坐標。 在三角測量中，通過已知衛(wèi)星位置和接收器與衛(wèi)星的距離， 可以確定接收器與各衛(wèi)星之間的角度，并據(jù)此計算出接收器的位置，這些計算是基于數(shù)學模型和算法，涉及復雜的測量和計算過程。

1.3 GPS 技術精度

GPS 技術的精度受到多種因素影響，首先，接收器硬件和算法的性能決定其對信號的采樣和處理能力， 高精度接收器能準確測量信號的到達時間， 并通過精細的信號處理和計算提高定位準確性。 其次，信號在大氣層和其他介質中傳播時會發(fā)生折射、散射和延遲等誤差，造成信號傳播速度變化和到達時間偏差。 再次，大氣層中濕度、溫度和壓力等參數(shù)會引起信號傳播速度變化，導致定位結果偏差。 最后，數(shù)據(jù)處理算法精確性和穩(wěn)定性直接關系到定位結果精度，同時，環(huán)境干擾如多徑效應、 電磁干擾和鐘漂等， 都可能引起GPS 信號失真和偏移，從而降低定位精度[1]。

2 建筑測繪中GPS 技術的優(yōu)勢

2.1 高精度測量

在建筑測繪領域，GPS 技術具有顯著優(yōu)勢，其中之一是高精度測量。 第一， 傳統(tǒng)測量方法依賴于人工標志物或測量儀器，這些方法容易受到環(huán)境因素影響，從而導致測量結果不準確，而GPS 技術通過接收來自多個衛(wèi)星的信號，并精確地計算信號差異，可以有效減小測量誤差。 因此，相比傳統(tǒng)測量方法，GPS 技術能夠獲得更精確的測量結果， 達到亞米級精度。 第二，GPS 技術的高精度還能提高建筑測繪的效率，傳統(tǒng)測量方法需要耗費大量時間和人力資源， 容易受到人為操作和環(huán)境因素干擾。 而GPS 技術具有快速、準確的特點，能夠在短時間內完成高精度測量任務，不僅提高了工作效率，還能減少建筑測繪過程中可能出現(xiàn)的錯誤。

2.2 高效率

GPS 技術具有高度自動化特點， 在測量過程中無須人工放點，減少了測量時間和人力成本。 同時，通過實時差分校正，即對接收的GPS 信號與已知參考站信號進行比較和校正，可以及時糾正測量結果中誤差，從而提高測量精度和效率，實時處理還能實現(xiàn)快速更新和反饋測量結果， 使工作人員能夠及時了解測量情況，并進行實時調整。

2.3 實時性

在建筑測繪領域，GPS 技術的應用表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。 GPS技術能夠實時獲取接收器位置信息， 并通過接收一系列衛(wèi)星信號進行實時更新，這使得建筑測繪人員能夠快速、準確地獲取有關建筑物位置的高精度數(shù)據(jù)。首先，通過GPS 技術能夠實時提供位置數(shù)據(jù)，幫助測繪人員快速確定建筑物位置，并與城市地圖進行精確對應， 從而規(guī)劃出最佳的城市布局和發(fā)展方案。 其次，在建筑施工過程中，能精確定位建筑物位置，以確保施工準確性和安全性。 最后，在建筑施工過程中，GPS 技術的實時性可以用于監(jiān)測建筑物垂直和水平運動， 以確保建筑物結構的穩(wěn)定性和安全性。 發(fā)生自然災害時，可以幫助建筑測繪人員及時獲取建筑物位置信息， 為緊急救援和災后重建提供必要的數(shù)據(jù)支持。

2.4 多功能應用

GPS 技術不僅能完成建筑測量和定位導航等基本功能，還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、地圖制圖和路徑規(guī)劃等功能，首先，GPS技術作為一種數(shù)據(jù)采集工具，可以收集和記錄建筑物位置、高度、形狀等相關數(shù)據(jù)，為建筑設計、規(guī)劃和管理提供基礎數(shù)據(jù)支持，通過GPS 技術數(shù)據(jù)采集，可以準確、快速地獲取大量建筑物屬性信息， 為建筑測繪工作提供更全面、 準確的數(shù)據(jù)基礎。 其次，通過GPS 技術定位和測量功能，可以繪制出精確的地圖，展示地理環(huán)境和建筑布局，這不僅有助于建筑測繪人員準確定位和辨識建筑物，還為其他相關領域如城市規(guī)劃、交通管理等提供了重要空間信息。 最后， 通過收集和處理GPS 數(shù)據(jù)，可以確定最佳行進路徑，規(guī)劃出行方案，提高行程效率，并減少行程時間， 這對于建筑測繪人員在實地勘測過程中路徑選擇和導航具有重要意義，有助于提高工作效率和準確度[2]。

3 GPS 技術在建筑測繪中的有效應用

3.1 控制測量

控制測量在工程建筑測繪中至關重要， 通過使用先進的GPS 技術來實現(xiàn)建筑區(qū)域內控制點布設， 以獲取準確坐標信息，并為項目提供精確的基礎數(shù)據(jù)。 例如，某大型道路建設項目，控制測量目的是確定道路中心線和地面標高，以確保道路設計和建造的準確性和可靠性。 首先，需在計劃道路區(qū)域內布設控制點，這些控制點位置將被準確地測量并記錄下來，以便后續(xù)測量活動可以參考這些點來確定道路位置和高程，再通過使用GPS 技術很快地在項目區(qū)域內布設控制點， 而不需要傳統(tǒng)的手動測量。其次，控制點被布設好并正確記錄，再進行道路中心線測量，在該過程中，測量員會將GPS 設備安裝在測量車輛上， 并沿著預定道路中心線路行駛，GPS 設備會實時記錄車輛坐標，并精確測量道路中心線的位置，通過將這些測量點與控制點進行對比和校準，可以確保道路中心線的準確性。最后，控制測量還可以應用于確定地面標高， 在道路建設項目中，地面標高的準確性對于道路波狀度和水平度至關重要， 通過將GPS 設備固定在測量車輛上，沿著道路測量線路行駛，可以實時記錄地面標高變化，這些測量點可以與控制點進行比較和校準，從而確保道路高程設計符合要求，并滿足交通安全標準。

3.2 定位導航

定位導航在工程項目中通過使用先進的GPS 導航技術實現(xiàn)建筑人員實時定位和導航， 從而提高施工效率和工作安全性。 例如，某大型橋梁建設項目中，定位導航目的是為建筑人員提供準確位置信息， 指導其在復雜施工環(huán)境中進行準確測量和施工操作。

首先，需使用GPS 導航設備對施工人員進行定位，每個施工人員都配備手持GPS 導航設備， 該設備能準確地確定其位置坐標，通過將這些設備與項目中心控制系統(tǒng)連接，可以實時追蹤和更新施工人員的位置信息。 如此，項目管理團隊可以了解每個人員的準確位置，并根據(jù)需求進行調度和管理，從而提高施工效率和安全性。

其次，定位導航還可以應用于施工過程中測量和布局，在該項目中，精確測量和布局是確保結構安全和準確性的關鍵，通過使用GPS 導航設備， 施工人員可以準確地測量橋梁關鍵點，包括支座位置和預制構件放置點等。 導航設備會提供準確的位置指示和偏差信息，幫助施工人員進行準確布局操作，如此，可以確保橋梁構造精度和準確性，從而滿足工程質量和安全要求。

最后，當橋梁建設完成，定位導航設備可以繼續(xù)用于橋梁維護和管理。 通過定期檢測和記錄橋梁位置坐標和偏移量，可以及時發(fā)現(xiàn)和解決任何結構異常情況， 這種實時位置監(jiān)控和導航系統(tǒng)有助于保障橋梁運行安全性和可靠性[3]。

3.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集在工程項目中起著重要作用。 通過使用先進的GPS 技術，可以實現(xiàn)建筑物輪廓、地形地貌和建筑設備等方面的大范圍數(shù)據(jù)收集。 這些數(shù)據(jù)可以用于數(shù)字建模和二維、三維地圖制作，為建筑設計和規(guī)劃提供準確依據(jù)。

例如，某城市建設項目，涉及多個建筑物和公共設施規(guī)劃和設計。

首先，通過使用GPS 技術進行數(shù)據(jù)采集，可以獲取建筑物更精確的信息，包括緯度、經度和海拔高度；測量物體速度和方向，提供行進方向和速度實時更新；高精度時間信息，提供準確時間標記；提供物體相對于地球表面高度信息；預測衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星信號強度，用于判斷信號質量和可用性；數(shù)據(jù)日志記錄，供后續(xù)分析和處理使用。并在現(xiàn)有建筑物上安裝GPS 接收器，實時記錄建筑物的位置和形狀，這些數(shù)據(jù)可用于數(shù)字建模，在計算機中生成建筑物準確三維模型，該模型不僅可以用于建筑設計和規(guī)劃，還可以用于建筑物可視化展示和溝通[4]。

其次，GPS 技術也可以用來采集地形地貌數(shù)據(jù)，通過在地面或測量車輛上安裝GPS 設備，并進行地表測量，可以獲取地形高程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于制作準確的二維和三維地圖，提供詳細的地形信息，用于城市規(guī)劃和道路設計。

最后，GPS 技術還可以用于采集建筑設備數(shù)據(jù)。 在該工程項目中，掌握建筑設備準確位置和狀態(tài)非常重要，通過將GPS設備安裝在建筑設備上， 可以實時追蹤和記錄設備位置和使用情況，這些數(shù)據(jù)可以用于優(yōu)化設備調度和維護，提高施工效率和工作安全性。

3.4 建筑工程監(jiān)測

除控制測量、定位導航和數(shù)據(jù)采集，GPS 技術在建筑測繪中還能有效應用于建筑工程監(jiān)測。 通過在建筑物或結構上安裝GPS 接收器，可以實時監(jiān)測其位置變化和變形情況，這對于工程施工和結構穩(wěn)定性評估非常重要， 能夠及時發(fā)現(xiàn)和預測潛在變形和破壞情況，提供科學依據(jù)和指導工程調整，例如，在某一高樓建筑工程中，對監(jiān)測建筑物安裝GPS 接收器，可以實時監(jiān)測其垂直位移，通過連續(xù)測量建筑物高程變化，可以實時獲取建筑物的位移數(shù)據(jù)。 一旦發(fā)現(xiàn)建筑物發(fā)生不正常位移，說明可能存在結構安全問題。 在該情況下， 可以采取相應措施，包括增加支撐或進行結構加固等，以防止進一步移動和不穩(wěn)定性[5]。 同時，GPS 監(jiān)測技術可應用于監(jiān)測地質災害，例如，通過在滑坡地區(qū)安裝GPS 接收器， 可以實時監(jiān)測地表移動和變形情況，預防山體滑坡災害。 具體而言，GPS 接收器通過接收衛(wèi)星定位信號，確定其位置坐標，再利用多個接收器之間相對位移來計算地表移動量， 這種監(jiān)測方法可以提供準確的地表變形數(shù)據(jù)，能夠提供重要預警信息，及早發(fā)現(xiàn)滑坡跡象，為周邊地區(qū)安全疏散和災害預防提供寶貴時間窗口。 此外，可以將這些數(shù)據(jù)與其他監(jiān)測手段結合使用， 以提供更全面地質災害監(jiān)測和預警系統(tǒng)[6]。

4 結語

GPS技術在建筑測繪中的有效應用已經得到廣泛認可和應用。 其高精度、高效率和多功能等優(yōu)勢，為建筑測繪工作提供了更好的解決方案。但GPS 技術在實際應用中仍面臨著一些挑戰(zhàn)和問題，因此，在推廣應用GPS 技術的同時，還需要進一步完善技術手段，解決實際問題，以實現(xiàn)更好的測繪效果。