GPS定位系统在建筑测量中的应用探究

张 勇

（滁州职业技术学院土木工程系， 安徽 滁州 239000）

随着我国经济的日益发展，我国在高层建筑、超高层建筑、大型工业厂房和精密仪器厂房等方面的建设范围越来越广，设计要求也随之提升，实际施工中的精度要求和误差控制要求也不断提高，这些都对工程测量的精确度提出更高要求。因此，很多新技术被应用在工程测量中，GPS作为其中最具代表性也是最广泛应用的一类技术，与测量设备结合程度越来越高，其技术理念和技术实施能力也日渐成熟。但作为一种科技含量较高的技术，其应用有优势突出，在应用过程中设计人员和施工人员要综合考虑GPS定位系统的特点，制定出合理的测量施工方案。

1 GPS定位系统概述

1.1 GPS定位系统工作原理

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。用户接收器到卫星的距离是记录的卫星信号以光速在二者之间单程的时间为衡量标准的，但计算出的距离并不是卫星与接收器的实际距离。当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第 1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与用户自身时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置。用距离交会的方法求得p点的三维坐标 (xp，yp，zp ) ，其数学式为：

式 中 ：（xa，ya，za），（xb，yb，zb），（xc，yc，zc）分别为卫星 a、b、c 的空间直角坐标。一般， GPS 系统测量的坐标系统分为地固坐标系统与空间固定坐标系统两类，建筑工程测量一般选择地固坐标系统。

1.2 GPS定位系统技术特点

1.2.1 精确性

利用GPS测量系统，可以大大提高测量精度，弥补因全站仪和经纬仪操作而引起的测量误差。利用GPS测量系统，控制点的选择和点放线效果会更好，有利于提高放线测量的精确度。

1.2.2 可视性

运用GPS测量设备，可以形成三维可视模型，便于测量人员更好掌握放线情况。放线测量数通过分类归档的形式，更容易被掌握。在实际应用过程中，原始数据输出和输入都较为方便，便于测量复核工作的进行。

1.2.3 兼容性

作为一种数据形式载体，GPS测量系统的数据可以在多种形式的数据载体上呈现，也可以通过格式转换的形式，直接应用于其他相关工作系统中。尤其在BIM技术日益崛起的今天，信息共享性和信息兼容性的要求不断提高，这也为GPS测量系统提供了广阔的应用平台。

1.3 GPS定位系统在工程测量中的应用要点

GPS系统的优势是明显的，但其作为一个信号接收与传输的过程，其应用条件受周围环境和地形限制。在实际应用过程中，一定要注意周围地形和地物的状态，保证接收装置在较为空旷的地形中应用，周围没有较高的遮蔽物阻挡信号，影响测量精度。同时，测量人员需对GPS测量设备有专业的认识，并且能熟练操作，尤其是放线相关工作的专业性得到保证。

2 房屋建筑测量过程中GPS定位系统的具体应用

2.1 GPS测量的技术设计

以《全球定位系统城市测量技术规程(CJJ 73-97)》和《城市测量规范》作为GPS测量技术设计的主要依据。同时，建设单位与施工单位签订的相关施工合同也应当作为设计的参考，合同中对于GPS测量技术设备的相关条件规定必须严格执行。

在控制网的选择上，应当选择城市或工程二级GPS网作为测区一级控制网，以保证测量精度符合施工标准。测量范围内各边的误差最大不能超过1/10000，测量区域的边长也应当得到控制，平均边长不得大于一千米。GP S 接收机精度的固定误差a≤1 5 m m，比例误差系数 b≤2 0× l 0-7。

根据现场实际情况，找到控制点，并进行区域划分，控制点中至少存在两个已知的平面控制点。选择好控制点后，应根据实际地形条件，架设GPS接收器，保证信号接收良好，确定网型布设形式，对区域内的坐标、高程等数据进行采集。

利用GPS测量系统进行工程测量，不仅要考虑实际地形地貌，还要考虑到定位卫星服务状态。当卫星数量不少于四颗且分布均匀时，即为最佳观测状态，测量效果更好，数据更加准确，且信号强度稳定。所以，设计人员应当将施工地点最佳测量时间编写如施工技术交底，现场施工人员也应当根据实际情况编制测量时刻表和进度表。做好数据记录和整理工作，保证测量的规律性和准确性。

2.2 GPS 测量的外业实施

在实际测量作业过程中，GPS测量系统应用的相关实际问题较多。为了能够有效保证测量质量，应当在实际外业测量工作中注意实施要点。

2.2.1 测站点灵活布置

GPS测量测站点的选择一定要灵活，其选择不一定保证测量范围内的通视性，只要保证控制点的准确和待测点的信号接收良好即可。在测站点的选择上具有很大的空间，局限性较小。但这并不意味着可以随意选择测站点，因为工程测量是一个连续性较强的活动尤其对于港口航道工程、水利水电工程和公路工程等，其测站点的选择不仅要保证一点的精确测量，还要保证后续点的测量精确度。

因此，在测站点的选择上，应当至少保证其与一个待测点的通视性，便于连续作业，也便于后续点的复核工作。对于地形比较复杂，开阔地域较少的区域，测站点周围仰角超过15度范围内不允许出现障碍物，便于信号的接收，同时也可以减少测站点的数量，减少工作量。测站点的位置要保证其受外界干扰因素较少，尤其是较强的电磁场干扰，其周围不应当出现大功率电气设备和信号发射塔等干扰源。观测地域不仅要保证视野开阔，还要对气候条件予以重视，保证设备使用和存放安全性，条件较好的地形地貌更有利于观测质量，减少观测工作量。现场测量人员对选定的测站点要进行明显的标记，避免其遭到其他施工人员的破坏，同时还要对其进行想起记录、存档，以便观测和复测。

2.2.2 观测工作流程

观测根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15° ，时段长度45 min，采样间隔10s 。在3个点上同时安置3台接收机天线 (对中、整平、定向) ，量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，观测者填写测量手簿。

测量过程中，控制点的确定是重点，在控制点处，应当保证接收器的水平，确保立杆的气泡在圆圈范围内。对待测点进行观测时，应当按照测量区域，对其进行合理编号，存入手簿，保证数据的完整性和数据调出的便捷性。实际操作过程中，测量技术人员应当针对不同的测量区域建立不同的电子文档，避免出现数据混乱而延误施工进度。

2.2.3 数据处理

数据收集只是利用GPS定位系统进行放线测量的基础工作，为了能够利用数据指导工程建设，数据处理是很重要且必不可少的环节。利用计算机软件，对GPS测量数据和GPS网数据进行处理，分为基线解算和网平差两个阶段。在实际测量工作中，要注意以下三点：

（1）控制网选点灵活

对于GPS控制网的选点工作，一定要坚持简便的原则，布网工作的简便是GPS定位系统应用于建筑测量的优势，也是其为解决传统测量仪器弊端的初衷。对于地形地貌较为复杂、空旷地域较小、测量难度较大的区域，GPS技术的应用极大减少了布网难度，更加有利于闭合回路的构建。但这并不代表其没有突出的劣势，在实际观测中，GPS定位系统虽然减少了布网难度，减少了工作量和工作难度，但受地形限制，其中存在一些边长较小，受此影响，其精度大打折扣。因此，对于精度要求较高的工程测量任务，应保证其边长均大于300m，以保证测量精度。实在避免不了选择短边，也应当谨慎测量，尽量减少误差。

（2）接收机自动化和智能化

为减少工作量和观测准确性，要最大限度提升GPS接收机的自动化和智能化程度，提升工作效率。根据现场实际地形和地物情况，对受外界干扰较大的测量点进行复测，提高这些点的观测精确度。同时，为保证信号强度和观测精度，还应当注意选择最佳观测时段，保证辅助电子设备的正常使用，保证工作效率。

（3）数据兼容性较好

GPS 测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。为保证控制点高程精度，需要选择合适的高程点，高程点的个数也需要足够多。

3 提升GPS定位系统测量质量的途径

3.1 提升人员素质

围绕GPS定位系统的技术手段，相关开发设计人员、施工测量人员和管理人员的专业素质应当得到保证。相关设备开发人员应当针对其设备可靠性和软件适用性两个方面最大限度对设备进行开发。工程设计人员也应当熟悉相关设备的性能，保证设备的选择和使用能够符合合同规定和规范标准，并且最大限度保证其经济性和实用性。工程测量人员应具备较高的专业素质，较快熟悉设备，并能够熟练操作，较好的完成测量任务，保证数据收集的精确性和完整性。施工管理人员应当更多考虑施工过程中的成本控制问题和工期控制问题，确定GPS定位系统相关设备的应用能够提升工作效率，减少工作量，可控性强。同时还要注重新技术的使用，不断优化技术，提高工作质量。

3.2 完善检验标准

对于测量中易出现的误差，除了运用传统的复测手段，还应当提高检验工作的技术含量，从而提高检验标准。只有进行测量检验标准的建立，才能在测量中实现对物联网、云计算以及第三代通信技术等现代化网络技术的充分应用，同步传输数据，实现信息的全面监督与及时分享，提升建筑工程的质量和公信度。做到检验标准的相对同一性，不因检验方式和人员的变化而变化。

3.3 先进技术引进

针对我国在GPS定位系统技术应用上仍存在的缺陷，为提升工程质量，需要针对工程测量中必要的精度控制要点，引进国外先进技术。在工程测量中充分应用 RTK 技术，在不进行控制点划分情况下有效保证测量工作的效率和质量。相关工作人员只需要设定基准控制点，随之地形点被有效测定，并且还可以利用专业的绘图软件实现地形的可视化。

4 结语

GPS定位系统在工程测量中的应用范围越来越大，这是大势所趋，在实际工程测量过程中，要保证该技术的应用效果发挥到最大。现场测量技术人员应当对该技术有清晰的认识，熟练掌握技术和施工要点，保证其能够最大限度应用于工程测量，提升测量精确度，减少测量工作量，提高测量工作效率。要充分发挥GPS定位系统在工程测量中的优势，从经济性和高效性的角度，考虑相关设备的采购和使用，使其使用能够达到预期效果，最大限度保证成本可控和工期可控，进而提高工程质量和项目效益。