GPS技术在建筑工程测量中的应用

浙江省诸暨市枫桥镇人民政府，浙江 绍兴 311811

1 GPS技术概述

1.1 技术原理

GPS技术是通过在测区内放置卫星信号接收设备，接收机同时接收多个地球卫星发送的信号，采取各种灵活的处理方式，将卫星信号传播时间、信号发出距离等已知信息数据导入特定计算公式，即可获取接收机的三维实时空间坐标，然后构建工程控制网、绘制三维立体坐标体系。同时，不同GPS技术测量方式的工作原理存在差异，以实时差分定位测量、载波相位测量定位为例。实时差分定位测量是在已知精确坐标的点位上放置GPS接收机，将其作为基准站，根据已知坐标设定观测校正值，通过无线电设备向保持运动状态的流动站发送校正值，以此消除GPS测量结果中的误差，提高测量定位精度；载波相位测量定位是提前在GPS卫星中预设导航电文和测距码，接收机对所接收GPS信号进行处理，去除卫星电文及测距码，开展重建载波操作。由于GPS信号与接收机天线装置会存在相位延迟，因此需要对重建载波与本振信号进行相位计算，以获取准确的相位差，减小相位延迟对测量精度造成的影响。

1.2 技术组成

GPS技术由空间部分、控制部分以及用户部分组成。其中，空间部分泛指GPS卫星，具有接收存储地面部分上传的导航电文、持续生成载波信号及测距码、根据测量需求调整卫星轨道与卫星钟等功能。控制部分包括监测站、主控站，负责持续对GPS卫星信号进行观测、采集相关资料信息。用户部分包括GPS接收装置、终端设备与软件系统，负责持续对GPS信号进行跟踪锁定、测量信号传播时间等数据，将数据导入软件中运算处理。

1.3 技术特点

（1）实时性。以传统静态相对定位技术为例，在观测半径20km范围内的基线时，需要消耗15～60min才能准确获取测量数据。然而应用GPS技术只需要5min即可完成流动站初始化观测作业，在短时间内多次获取测点位置数据，C/A码测量速度为0.1m/s。（2）全天候。GPS系统具备全天候导航定位的使用功能，且不会受到气候、测区地理环境等因素的限制影响，可以24h全天候开展工程测量作业。（3）操作简单。在建筑工程测量期间，工作人员仅需在各处观测点安装GPS接收机、搭设天线、检查设备运行工况即可，GPS系统将基于程序运行准则，自动完成卫星信号捕捉、跟踪观测等操作。在观测完毕后，再将电源关闭、收起GPS接收机，抗干扰性强。与传统工程测量技术相比，GPS测量系统创新性采取了扩频、伪码技术，GPS接收机无需向外发射信号，对所接收卫星信号进行解译处理即可，最大程度上减小了外部干扰源对信号传输质量、测量精度造成的影响。（4）测站无需通视。在应用GPS技术时，将测站角度保持在15°以上，且测站上空区域较为开阔时，即可满足工程测量基础条件，无需对相邻测站保持通视状态，即可完成工程测量任务，降低了建筑工程测量成本，并简化了传算点、过渡点的测量步骤。

2 GPS技术在建筑工程测量中的应用

2.1 制订测量方案

（1）技术设计。根据测量项目情况明确GPS测量精度要求，合理选择基准点位置与网形设置方式。目前，在多数建筑工程测量项目中往往需要设置12个控制点，然后在其基础上构建工程控制网。其中，2个控制点负责对已知平面开展联测作业，5～6个控制点为高程控制点，采取连边法布置工程控制网。同时，可选择采取二级网络设置方式，将平均边长度值控制在1000m以下，并将测量误差值控制在10～4m以下。（2）观测选址。尽量将测量点设置在视野较为开阔、障碍物数量较小、无电磁干扰源的区域中，保持相邻测点的合理间隔距离，以此扩大GPS测量范围，提高测量效率。禁止在分布大功率无线电通信电磁、大型河流水域的区域中设置测量点，水体与通信电磁将会对GPS信号的传播性能与质量造成影响。同时，将测点设置在平面较高的区域中，提前检查地面稳定性，必要时对地面进行硬化平整处理。（3）确定观测时间。与传统测量技术相比，GPS技术具有全天候作业的特征，减小了气候条件对测量精度造成的影响。但在技术实际应用中，需要将若干数量地球卫星瞬时坐标作为已知点位，若观测时间选择不当，则观测效果会受到大气折射、可视GPS卫星数量不足问题的影响。因此，工作人员必须综合分析气候条件、GPS卫星轨迹等因素，合理选择观测时间。（4）观测方法选择。根据建筑工程测量项目类型与任务内容，工作人员应选择适当的观测方法。例如，在开展建筑工程地基位移沉降监测作业时，采取水准测量方式，提前在建筑工程周边区域中设置若干数量基准点，确保基准点周边未分布信号干扰源。随后，在各基准点安装GPS接收机、搭设天线、连通电源，持续接收、跟踪锁定GPS卫星所发出的卫星信号，将信号导入数据处理软件中解译处理，即可直接获取测量值，准确评估建筑地基结构的实时位移量与沉降量。

2.2 外业测量

在外业测量环节，不同GPS作业模式的操作要点不同，工作人员应注意以下事项：（1）在采取经典静态定位方式时，需要同时在基线两端部位设置信号接收机，同步对4颗及以上的GPS卫星进行跟踪观测，要求将1km范围内的相对定位误差控制在5mm以下。随后，对基线观测封闭图形进行平差处理，减小测量误差。（2）在采取快速静态定位方式时，在测区内设置1处基准站、1处流动站，各站点内均安装信号接收机，基准站负责对GPS卫星进行持续跟踪。流动站负责依次在各点位对GPS卫星开展,观测作业。这项技术主要适用于建立工程控制网，需要将基准站与流动站间距控制在20km以下，将GPS卫星数量稳定控制在5颗及以上。（3）在采取准动态定位方式时，提前在测区设置1处基准点，安装信号接收机持续对GPS信号进行跟踪观测。同时，将一处流动信号接收机依次在各站开展短时间观测作业，对卫星信号进行连续跟踪，避免出现信号失锁问题。当出现失锁问题时，需要将失锁流动点的观测时间延长2min。

2.3 数据采集及处理

（1）数据采集环节。工作人员首先对测量数据备份处理，开展一系列预处理操作，最大程度上减小人为、环境等因素对测量精度造成的影响，消除测量误差，然后结合三维坐标、已知高程点数量等信息，准确评估所采集测量数据的质量与精确度，最后将测量数据导入相关软件中。

（2）数据处理环节。根据测量需求，工作人员灵活运用网平差结算法与基线解算法开展数据处理操作。与传统数据处理技术相比，可以辅助或替代人工进行自动化计算，提高数据处理效率，减小人为因素对数据精确度造成的影响。同时，能够减小计算误差、降低计算错误等问题的出现概率。可选择组合采取静态测量、快速静态测量技术，当两项技术所获取测量值相似、测量精度符合相关标准时，则表明数据准确度得到保障，直接对GPS信号进行解译处理即可。如果二者测量值偏差较大，那么表明测量精度受到点位位置影响，需要对测量数据进行优化处理，适当调整观测时段，以此减小数据处理误差。

2.4 建立工程控制网

为满足建筑工程测量要求，必须根据项目情况合理选择工程控制网的网型、明确控制网精度要求。在测量项目中，工程控制网起到基础保护作用，可为工程测量、安全监测等活动的开展提供基础条件与准确参照。在建立工程控制网时，需要遵循分级布网、逐级控制原则，要求工程控制网具有良好精度、充足密度。因此，工作人员在应用GPS技术时，应做好选位与埋石作业，在适当位置埋设若干数量标石，应用载波相位静态差分技术，按预定方案完成观测作业，对观测数据进行概算处理、控制网平差处理，将精度控制在毫米级。

3 GPS技术在建筑工程测量中的优化改进

虽然GPS技术具有明显优势，自动化程度较高，可以在短时间内完成建筑工程测量任务，但是GPS技术仍存在应用局限性，在测量过程中遇到夹杂劣质数据、受到偏差影响、信号中断周跳等问题时会对GPS技术的应用推广造成限制。因此，相关部门与企业需要加强对GPS技术的研发力度，持续地对技术体系进行创新优化。例如，可选择采取调整卫星高度角、电离层折射改正技术措施。其中，调整卫星高度角指在出现缺省设置值结算基线失败问题、图形强度因素值较小现象时将无法保障基线解算结果准确性，此时需要对GPS卫星高度角进行解算调整，减小卫星信号多路径与延迟温度对基线结果准确性造成的影响，以此取得良好的基线结果。

4 结束语

综上所述，在建筑工程测量领域中，GPS具有较强的优越性，实现了测量效率、测量精度与项目质量的全面提升。因此，在工程建设过程中必须加大对GPS技术的应用力度，将其作为工程测量技术体系的重要补充措施及核心技术手段。同时，GPS技术在实际应用中也存在一些问题，需要对GPS技术体系进行创新探索，积极采取各项技术改进措施，提高技术价值。