建筑测绘中GPS 技术的有效应用分析

2024-06-10钟晓晋

工程建设与设计 2024年8期

钟晓晋

（贵州中色蓝图科技有限公司，贵阳 550081）

1 GPS 技术的概述

1.1 GPS 技术基本原理

全球定位系统（GPS）是一种利用卫星信号进行精确三维测量和定位的先进技术，其基本原理是通过接收来自多颗卫星的信号，并利用信号传播时间和距离的关系，计算出接收点的空间坐标。在工程项目中，GPS 技术能为测绘、地理信息系统、土地规划和建设等环节提供高精度位置信息。

1.2 GPS 技术工作方式

GPS 技术通过多颗卫星组成系统，将卫星信号传输到地面接收器，接收器通过接收多颗卫星信号，并根据信号传播时间差来计算接收器与卫星之间的距离。为准确计算距离，接收器还需精确记录卫星信号的到达时间，并与卫星发射时间进行比较，此外，接收器还借助卫星位置和运动信息，采用三角测量原理计算接收器位置坐标。在三角测量中，通过已知卫星位置和接收器与卫星的距离，可以确定接收器与各卫星之间的角度，并据此计算出接收器的位置，这些计算是基于数学模型和算法，涉及复杂的测量和计算过程。

1.3 GPS 技术精度

GPS 技术的精度受到多种因素影响，首先，接收器硬件和算法的性能决定其对信号的采样和处理能力，高精度接收器能准确测量信号的到达时间，并通过精细的信号处理和计算提高定位准确性。其次，信号在大气层和其他介质中传播时会发生折射、散射和延迟等误差，造成信号传播速度变化和到达时间偏差。再次，大气层中湿度、温度和压力等参数会引起信号传播速度变化，导致定位结果偏差。最后，数据处理算法精确性和稳定性直接关系到定位结果精度，同时，环境干扰如多径效应、电磁干扰和钟漂等，都可能引起GPS 信号失真和偏移，从而降低定位精度[1]。

2 建筑测绘中GPS 技术的优势

2.1 高精度测量

在建筑测绘领域，GPS 技术具有显著优势，其中之一是高精度测量。第一，传统测量方法依赖于人工标志物或测量仪器，这些方法容易受到环境因素影响，从而导致测量结果不准确，而GPS 技术通过接收来自多个卫星的信号，并精确地计算信号差异，可以有效减小测量误差。因此，相比传统测量方法，GPS 技术能够获得更精确的测量结果，达到亚米级精度。第二，GPS 技术的高精度还能提高建筑测绘的效率，传统测量方法需要耗费大量时间和人力资源，容易受到人为操作和环境因素干扰。而GPS 技术具有快速、准确的特点，能够在短时间内完成高精度测量任务，不仅提高了工作效率，还能减少建筑测绘过程中可能出现的错误。

2.2 高效率

GPS 技术具有高度自动化特点，在测量过程中无须人工放点，减少了测量时间和人力成本。同时，通过实时差分校正，即对接收的GPS 信号与已知参考站信号进行比较和校正，可以及时纠正测量结果中误差，从而提高测量精度和效率，实时处理还能实现快速更新和反馈测量结果，使工作人员能够及时了解测量情况，并进行实时调整。

2.3 实时性

在建筑测绘领域，GPS 技术的应用表现出显著优势。 GPS技术能够实时获取接收器位置信息，并通过接收一系列卫星信号进行实时更新，这使得建筑测绘人员能够快速、准确地获取有关建筑物位置的高精度数据。首先，通过GPS 技术能够实时提供位置数据，帮助测绘人员快速确定建筑物位置，并与城市地图进行精确对应，从而规划出最佳的城市布局和发展方案。其次，在建筑施工过程中，能精确定位建筑物位置，以确保施工准确性和安全性。最后，在建筑施工过程中，GPS 技术的实时性可以用于监测建筑物垂直和水平运动，以确保建筑物结构的稳定性和安全性。发生自然灾害时，可以帮助建筑测绘人员及时获取建筑物位置信息，为紧急救援和灾后重建提供必要的数据支持。

2.4 多功能应用

GPS 技术不仅能完成建筑测量和定位导航等基本功能，还可以实现数据采集、地图制图和路径规划等功能，首先，GPS技术作为一种数据采集工具，可以收集和记录建筑物位置、高度、形状等相关数据，为建筑设计、规划和管理提供基础数据支持，通过GPS 技术数据采集，可以准确、快速地获取大量建筑物属性信息，为建筑测绘工作提供更全面、准确的数据基础。其次，通过GPS 技术定位和测量功能，可以绘制出精确的地图，展示地理环境和建筑布局，这不仅有助于建筑测绘人员准确定位和辨识建筑物，还为其他相关领域如城市规划、交通管理等提供了重要空间信息。最后，通过收集和处理GPS 数据，可以确定最佳行进路径，规划出行方案，提高行程效率，并减少行程时间，这对于建筑测绘人员在实地勘测过程中路径选择和导航具有重要意义，有助于提高工作效率和准确度[2]。

3 GPS 技术在建筑测绘中的有效应用

3.1 控制测量

控制测量在工程建筑测绘中至关重要，通过使用先进的GPS 技术来实现建筑区域内控制点布设，以获取准确坐标信息，并为项目提供精确的基础数据。例如，某大型道路建设项目，控制测量目的是确定道路中心线和地面标高，以确保道路设计和建造的准确性和可靠性。首先，需在计划道路区域内布设控制点，这些控制点位置将被准确地测量并记录下来，以便后续测量活动可以参考这些点来确定道路位置和高程，再通过使用GPS 技术很快地在项目区域内布设控制点，而不需要传统的手动测量。其次，控制点被布设好并正确记录，再进行道路中心线测量，在该过程中，测量员会将GPS 设备安装在测量车辆上，并沿着预定道路中心线路行驶，GPS 设备会实时记录车辆坐标，并精确测量道路中心线的位置，通过将这些测量点与控制点进行对比和校准，可以确保道路中心线的准确性。最后，控制测量还可以应用于确定地面标高，在道路建设项目中，地面标高的准确性对于道路波状度和水平度至关重要，通过将GPS 设备固定在测量车辆上，沿着道路测量线路行驶，可以实时记录地面标高变化，这些测量点可以与控制点进行比较和校准，从而确保道路高程设计符合要求，并满足交通安全标准。

3.2 定位导航

定位导航在工程项目中通过使用先进的GPS 导航技术实现建筑人员实时定位和导航，从而提高施工效率和工作安全性。例如，某大型桥梁建设项目中，定位导航目的是为建筑人员提供准确位置信息，指导其在复杂施工环境中进行准确测量和施工操作。

首先，需使用GPS 导航设备对施工人员进行定位，每个施工人员都配备手持GPS 导航设备，该设备能准确地确定其位置坐标，通过将这些设备与项目中心控制系统连接，可以实时追踪和更新施工人员的位置信息。如此，项目管理团队可以了解每个人员的准确位置，并根据需求进行调度和管理，从而提高施工效率和安全性。

其次，定位导航还可以应用于施工过程中测量和布局，在该项目中，精确测量和布局是确保结构安全和准确性的关键，通过使用GPS 导航设备，施工人员可以准确地测量桥梁关键点，包括支座位置和预制构件放置点等。导航设备会提供准确的位置指示和偏差信息，帮助施工人员进行准确布局操作，如此，可以确保桥梁构造精度和准确性，从而满足工程质量和安全要求。

最后，当桥梁建设完成，定位导航设备可以继续用于桥梁维护和管理。通过定期检测和记录桥梁位置坐标和偏移量，可以及时发现和解决任何结构异常情况，这种实时位置监控和导航系统有助于保障桥梁运行安全性和可靠性[3]。

3.3 数据采集

数据采集在工程项目中起着重要作用。通过使用先进的GPS 技术，可以实现建筑物轮廓、地形地貌和建筑设备等方面的大范围数据收集。这些数据可以用于数字建模和二维、三维地图制作，为建筑设计和规划提供准确依据。

例如，某城市建设项目，涉及多个建筑物和公共设施规划和设计。

首先，通过使用GPS 技术进行数据采集，可以获取建筑物更精确的信息，包括纬度、经度和海拔高度；测量物体速度和方向，提供行进方向和速度实时更新；高精度时间信息，提供准确时间标记；提供物体相对于地球表面高度信息；预测卫星数量、卫星信号强度，用于判断信号质量和可用性；数据日志记录，供后续分析和处理使用。并在现有建筑物上安装GPS 接收器，实时记录建筑物的位置和形状，这些数据可用于数字建模，在计算机中生成建筑物准确三维模型，该模型不仅可以用于建筑设计和规划，还可以用于建筑物可视化展示和沟通[4]。

其次，GPS 技术也可以用来采集地形地貌数据，通过在地面或测量车辆上安装GPS 设备，并进行地表测量，可以获取地形高程数据，这些数据可以用于制作准确的二维和三维地图，提供详细的地形信息，用于城市规划和道路设计。

最后，GPS 技术还可以用于采集建筑设备数据。在该工程项目中，掌握建筑设备准确位置和状态非常重要，通过将GPS设备安装在建筑设备上，可以实时追踪和记录设备位置和使用情况，这些数据可以用于优化设备调度和维护，提高施工效率和工作安全性。

3.4 建筑工程监测

除控制测量、定位导航和数据采集，GPS 技术在建筑测绘中还能有效应用于建筑工程监测。通过在建筑物或结构上安装GPS 接收器，可以实时监测其位置变化和变形情况，这对于工程施工和结构稳定性评估非常重要，能够及时发现和预测潜在变形和破坏情况，提供科学依据和指导工程调整，例如，在某一高楼建筑工程中，对监测建筑物安装GPS 接收器，可以实时监测其垂直位移，通过连续测量建筑物高程变化，可以实时获取建筑物的位移数据。一旦发现建筑物发生不正常位移，说明可能存在结构安全问题。在该情况下，可以采取相应措施，包括增加支撑或进行结构加固等，以防止进一步移动和不稳定性[5]。同时，GPS 监测技术可应用于监测地质灾害，例如，通过在滑坡地区安装GPS 接收器，可以实时监测地表移动和变形情况，预防山体滑坡灾害。具体而言，GPS 接收器通过接收卫星定位信号，确定其位置坐标，再利用多个接收器之间相对位移来计算地表移动量，这种监测方法可以提供准确的地表变形数据，能够提供重要预警信息，及早发现滑坡迹象，为周边地区安全疏散和灾害预防提供宝贵时间窗口。此外，可以将这些数据与其他监测手段结合使用，以提供更全面地质灾害监测和预警系统[6]。