浙江省諸暨市楓橋鎮(zhèn)人民政府，浙江 紹興 311811

1 GPS技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

GPS技術(shù)是通過在測區(qū)內(nèi)放置衛(wèi)星信號接收設(shè)備，接收機(jī)同時接收多個地球衛(wèi)星發(fā)送的信號，采取各種靈活的處理方式，將衛(wèi)星信號傳播時間、信號發(fā)出距離等已知信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入特定計(jì)算公式，即可獲取接收機(jī)的三維實(shí)時空間坐標(biāo)，然后構(gòu)建工程控制網(wǎng)、繪制三維立體坐標(biāo)體系。同時，不同GPS技術(shù)測量方式的工作原理存在差異，以實(shí)時差分定位測量、載波相位測量定位為例。實(shí)時差分定位測量是在已知精確坐標(biāo)的點(diǎn)位上放置GPS接收機(jī)，將其作為基準(zhǔn)站，根據(jù)已知坐標(biāo)設(shè)定觀測校正值，通過無線電設(shè)備向保持運(yùn)動狀態(tài)的流動站發(fā)送校正值，以此消除GPS測量結(jié)果中的誤差，提高測量定位精度；載波相位測量定位是提前在GPS衛(wèi)星中預(yù)設(shè)導(dǎo)航電文和測距碼，接收機(jī)對所接收GPS信號進(jìn)行處理，去除衛(wèi)星電文及測距碼，開展重建載波操作。由于GPS信號與接收機(jī)天線裝置會存在相位延遲，因此需要對重建載波與本振信號進(jìn)行相位計(jì)算，以獲取準(zhǔn)確的相位差，減小相位延遲對測量精度造成的影響。

1.2 技術(shù)組成

GPS技術(shù)由空間部分、控制部分以及用戶部分組成。其中，空間部分泛指GPS衛(wèi)星，具有接收存儲地面部分上傳的導(dǎo)航電文、持續(xù)生成載波信號及測距碼、根據(jù)測量需求調(diào)整衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星鐘等功能?？刂撇糠职ūO(jiān)測站、主控站，負(fù)責(zé)持續(xù)對GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行觀測、采集相關(guān)資料信息。用戶部分包括GPS接收裝置、終端設(shè)備與軟件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)持續(xù)對GPS信號進(jìn)行跟蹤鎖定、測量信號傳播時間等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中運(yùn)算處理。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）實(shí)時性。以傳統(tǒng)靜態(tài)相對定位技術(shù)為例，在觀測半徑20km范圍內(nèi)的基線時，需要消耗15～60min才能準(zhǔn)確獲取測量數(shù)據(jù)。然而應(yīng)用GPS技術(shù)只需要5min即可完成流動站初始化觀測作業(yè)，在短時間內(nèi)多次獲取測點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，C/A碼測量速度為0.1m/s。（2）全天候。GPS系統(tǒng)具備全天候?qū)Ш蕉ㄎ坏氖褂霉δ?，且不會受到氣候、測區(qū)地理環(huán)境等因素的限制影響，可以24h全天候開展工程測量作業(yè)。（3）操作簡單。在建筑工程測量期間，工作人員僅需在各處觀測點(diǎn)安裝GPS接收機(jī)、搭設(shè)天線、檢查設(shè)備運(yùn)行工況即可，GPS系統(tǒng)將基于程序運(yùn)行準(zhǔn)則，自動完成衛(wèi)星信號捕捉、跟蹤觀測等操作。在觀測完畢后，再將電源關(guān)閉、收起GPS接收機(jī)，抗干擾性強(qiáng)。與傳統(tǒng)工程測量技術(shù)相比，GPS測量系統(tǒng)創(chuàng)新性采取了擴(kuò)頻、偽碼技術(shù)，GPS接收機(jī)無需向外發(fā)射信號，對所接收衛(wèi)星信號進(jìn)行解譯處理即可，最大程度上減小了外部干擾源對信號傳輸質(zhì)量、測量精度造成的影響。（4）測站無需通視。在應(yīng)用GPS技術(shù)時，將測站角度保持在15°以上，且測站上空區(qū)域較為開闊時，即可滿足工程測量基礎(chǔ)條件，無需對相鄰測站保持通視狀態(tài)，即可完成工程測量任務(wù)，降低了建筑工程測量成本，并簡化了傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測量步驟。

2 GPS技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用

2.1 制訂測量方案

（1）技術(shù)設(shè)計(jì)。根據(jù)測量項(xiàng)目情況明確GPS測量精度要求，合理選擇基準(zhǔn)點(diǎn)位置與網(wǎng)形設(shè)置方式。目前，在多數(shù)建筑工程測量項(xiàng)目中往往需要設(shè)置12個控制點(diǎn)，然后在其基礎(chǔ)上構(gòu)建工程控制網(wǎng)。其中，2個控制點(diǎn)負(fù)責(zé)對已知平面開展聯(lián)測作業(yè)，5～6個控制點(diǎn)為高程控制點(diǎn)，采取連邊法布置工程控制網(wǎng)。同時，可選擇采取二級網(wǎng)絡(luò)設(shè)置方式，將平均邊長度值控制在1000m以下，并將測量誤差值控制在10～4m以下。（2）觀測選址。盡量將測量點(diǎn)設(shè)置在視野較為開闊、障礙物數(shù)量較小、無電磁干擾源的區(qū)域中，保持相鄰測點(diǎn)的合理間隔距離，以此擴(kuò)大GPS測量范圍，提高測量效率。禁止在分布大功率無線電通信電磁、大型河流水域的區(qū)域中設(shè)置測量點(diǎn)，水體與通信電磁將會對GPS信號的傳播性能與質(zhì)量造成影響。同時，將測點(diǎn)設(shè)置在平面較高的區(qū)域中，提前檢查地面穩(wěn)定性，必要時對地面進(jìn)行硬化平整處理。（3）確定觀測時間。與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比，GPS技術(shù)具有全天候作業(yè)的特征，減小了氣候條件對測量精度造成的影響。但在技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，需要將若干數(shù)量地球衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)作為已知點(diǎn)位，若觀測時間選擇不當(dāng)，則觀測效果會受到大氣折射、可視GPS衛(wèi)星數(shù)量不足問題的影響。因此，工作人員必須綜合分析氣候條件、GPS衛(wèi)星軌跡等因素，合理選擇觀測時間。（4）觀測方法選擇。根據(jù)建筑工程測量項(xiàng)目類型與任務(wù)內(nèi)容，工作人員應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)挠^測方法。例如，在開展建筑工程地基位移沉降監(jiān)測作業(yè)時，采取水準(zhǔn)測量方式，提前在建筑工程周邊區(qū)域中設(shè)置若干數(shù)量基準(zhǔn)點(diǎn)，確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)周邊未分布信號干擾源。隨后，在各基準(zhǔn)點(diǎn)安裝GPS接收機(jī)、搭設(shè)天線、連通電源，持續(xù)接收、跟蹤鎖定GPS衛(wèi)星所發(fā)出的衛(wèi)星信號，將信號導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件中解譯處理，即可直接獲取測量值，準(zhǔn)確評估建筑地基結(jié)構(gòu)的實(shí)時位移量與沉降量。

2.2 外業(yè)測量

在外業(yè)測量環(huán)節(jié)，不同GPS作業(yè)模式的操作要點(diǎn)不同，工作人員應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1）在采取經(jīng)典靜態(tài)定位方式時，需要同時在基線兩端部位設(shè)置信號接收機(jī)，同步對4顆及以上的GPS衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤觀測，要求將1km范圍內(nèi)的相對定位誤差控制在5mm以下。隨后，對基線觀測封閉圖形進(jìn)行平差處理，減小測量誤差。（2）在采取快速靜態(tài)定位方式時，在測區(qū)內(nèi)設(shè)置1處基準(zhǔn)站、1處流動站，各站點(diǎn)內(nèi)均安裝信號接收機(jī)，基準(zhǔn)站負(fù)責(zé)對GPS衛(wèi)星進(jìn)行持續(xù)跟蹤。流動站負(fù)責(zé)依次在各點(diǎn)位對GPS衛(wèi)星開展,觀測作業(yè)。這項(xiàng)技術(shù)主要適用于建立工程控制網(wǎng)，需要將基準(zhǔn)站與流動站間距控制在20km以下，將GPS衛(wèi)星數(shù)量穩(wěn)定控制在5顆及以上。（3）在采取準(zhǔn)動態(tài)定位方式時，提前在測區(qū)設(shè)置1處基準(zhǔn)點(diǎn)，安裝信號接收機(jī)持續(xù)對GPS信號進(jìn)行跟蹤觀測。同時，將一處流動信號接收機(jī)依次在各站開展短時間觀測作業(yè)，對衛(wèi)星信號進(jìn)行連續(xù)跟蹤，避免出現(xiàn)信號失鎖問題。當(dāng)出現(xiàn)失鎖問題時，需要將失鎖流動點(diǎn)的觀測時間延長2min。

2.3 數(shù)據(jù)采集及處理

（1）數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)。工作人員首先對測量數(shù)據(jù)備份處理，開展一系列預(yù)處理操作，最大程度上減小人為、環(huán)境等因素對測量精度造成的影響，消除測量誤差，然后結(jié)合三維坐標(biāo)、已知高程點(diǎn)數(shù)量等信息，準(zhǔn)確評估所采集測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量與精確度，最后將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)軟件中。

（2）數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。根據(jù)測量需求，工作人員靈活運(yùn)用網(wǎng)平差結(jié)算法與基線解算法開展數(shù)據(jù)處理操作。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)相比，可以輔助或替代人工進(jìn)行自動化計(jì)算，提高數(shù)據(jù)處理效率，減小人為因素對數(shù)據(jù)精確度造成的影響。同時，能夠減小計(jì)算誤差、降低計(jì)算錯誤等問題的出現(xiàn)概率?？蛇x擇組合采取靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量技術(shù)，當(dāng)兩項(xiàng)技術(shù)所獲取測量值相似、測量精度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，則表明數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度得到保障，直接對GPS信號進(jìn)行解譯處理即可。如果二者測量值偏差較大，那么表明測量精度受到點(diǎn)位位置影響，需要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，適當(dāng)調(diào)整觀測時段，以此減小數(shù)據(jù)處理誤差。

2.4 建立工程控制網(wǎng)

為滿足建筑工程測量要求，必須根據(jù)項(xiàng)目情況合理選擇工程控制網(wǎng)的網(wǎng)型、明確控制網(wǎng)精度要求。在測量項(xiàng)目中，工程控制網(wǎng)起到基礎(chǔ)保護(hù)作用，可為工程測量、安全監(jiān)測等活動的開展提供基礎(chǔ)條件與準(zhǔn)確參照。在建立工程控制網(wǎng)時，需要遵循分級布網(wǎng)、逐級控制原則，要求工程控制網(wǎng)具有良好精度、充足密度。因此，工作人員在應(yīng)用GPS技術(shù)時，應(yīng)做好選位與埋石作業(yè)，在適當(dāng)位置埋設(shè)若干數(shù)量標(biāo)石，應(yīng)用載波相位靜態(tài)差分技術(shù)，按預(yù)定方案完成觀測作業(yè)，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行概算處理、控制網(wǎng)平差處理，將精度控制在毫米級。

3 GPS技術(shù)在建筑工程測量中的優(yōu)化改進(jìn)

雖然GPS技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，自動化程度較高，可以在短時間內(nèi)完成建筑工程測量任務(wù)，但是GPS技術(shù)仍存在應(yīng)用局限性，在測量過程中遇到夾雜劣質(zhì)數(shù)據(jù)、受到偏差影響、信號中斷周跳等問題時會對GPS技術(shù)的應(yīng)用推廣造成限制。因此，相關(guān)部門與企業(yè)需要加強(qiáng)對GPS技術(shù)的研發(fā)力度，持續(xù)地對技術(shù)體系進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化。例如，可選擇采取調(diào)整衛(wèi)星高度角、電離層折射改正技術(shù)措施。其中，調(diào)整衛(wèi)星高度角指在出現(xiàn)缺省設(shè)置值結(jié)算基線失敗問題、圖形強(qiáng)度因素值較小現(xiàn)象時將無法保障基線解算結(jié)果準(zhǔn)確性，此時需要對GPS衛(wèi)星高度角進(jìn)行解算調(diào)整，減小衛(wèi)星信號多路徑與延遲溫度對基線結(jié)果準(zhǔn)確性造成的影響，以此取得良好的基線結(jié)果。

4 結(jié)束語

綜上所述，在建筑工程測量領(lǐng)域中，GPS具有較強(qiáng)的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了測量效率、測量精度與項(xiàng)目質(zhì)量的全面提升。因此，在工程建設(shè)過程中必須加大對GPS技術(shù)的應(yīng)用力度，將其作為工程測量技術(shù)體系的重要補(bǔ)充措施及核心技術(shù)手段。同時，GPS技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問題，需要對GPS技術(shù)體系進(jìn)行創(chuàng)新探索，積極采取各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)措施，提高技術(shù)價值。