王 光 俊， 李 德 元

(1.中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072;2.勝利油田地球物理物探開發(fā)公司，山東 東營 257086)

1 GPS在工程中的應用與重要性

隨著GPS硬件技術的不斷更新，定位理論研究的不斷深入，誤差模型的不斷精化，各種應用軟件的成功開發(fā)應用，GPS定位精度、實時性和可靠性都得到了發(fā)展和提高。高精度的實時動態(tài)差分DGPS RTK目前已廣泛的應用于電力、公路、鐵路的勘測設計和施工放樣以及石油地質勘探、地震調查測量、大江大河的水文水資源調查等。

卡塔爾路塞爾場地平整項目位于卡塔爾多哈市北郊，所在地東臨大海，南接高爾夫球場和新開發(fā)區(qū)，西臨阿卡候高速公路，北臨王宮。工程區(qū)域南北方向約7 km，東西方向約5 km。該工程項目承建合同總價約為4.5億美元，工程總工期900 d，而所投入的主要測量技術人員僅為10余人，所投入的關鍵性測量設備主要是天寶5700、5800型GPS主機6臺(2套基站+4臺流動站)。整個工程所有的海岸線邊坡開挖與邊坡護理、開挖與填筑的驗收計量全部使用GPS－RTK操作，而且在對填筑區(qū)域進行單元驗收和計量測量時，將RTK接收器固定在車架上，操作人員可以駕車直接進行，從而大大地提高了作業(yè)效率，這是常規(guī)儀器無法比擬的。但在施工生產中，一旦GPS用戶接收機出現(xiàn)故障，整個測量組就將癱瘓，從而影響施工測量生產。由此可見，正確使用、保管、維護好GPS儀器對于工程建設的重要性是顯而易見的。

與傳統(tǒng)的測繪儀器相比，GPS是集空間定位技術、電子技術、計算機技術、無線電通信技術于一體的自動化高精尖電子產品，對環(huán)境的要求更高，故障也較多，特別是在一些自然條件惡劣的地區(qū)施工中施工故障率較高，對工程施工進度將產生較大影響。

2 GPS常見故障分析

GPS接收機一般由主機、(附件)控制器、電臺、數(shù)據(jù)連線、天線、電源六部分構成，產生的故障主要分為主機故障、附件故障和由環(huán)境引起的故障。

2.1 惡劣的施工環(huán)境

測繪區(qū)域逐年拓寬，施工氣候環(huán)境、地表環(huán)境日趨復雜，對儀器造成損害的情況分類分析見表1:

表1 施工環(huán)境影響表

野外惡劣的施工環(huán)境是導致接收機電氣性能下降、各種故障頻發(fā)的主要原因。

2.2 儀器超負荷運轉

測量儀器利用率越來越高，儀器超負荷運轉，缺乏有效的、周期性的維護和保養(yǎng)，在一定程度上加速了儀器的老化，使其電氣性能下降。

2.3 施工人員的自身素質

隨著從事測繪的技術人員的素質提高，測繪質量得到了有效控制。

儀器故障呈現(xiàn)多樣化、復雜化的趨勢，對測量技術人員在設備維修方面提出了更高的要求，只有不斷創(chuàng)新，摸索分析出有效的故障解決辦法，才能保證測繪儀器具有良好的性能和高精度。

3 GPS出現(xiàn)的具體故障分析與解決方法

GPS接收機正常工作必須滿足三個基本條件:主機正常，附件正常，受外界環(huán)境制約的衛(wèi)星信號、電臺數(shù)據(jù)鏈正常。檢修中一般通過觀察故障提示、故障現(xiàn)象，交換器件，壓縮故障，數(shù)字表量取對地電壓，示波器觀察波形等方法判斷故障所在。

3.1 主機故障

GPS主機的電路板主要為6～12層的PCB板，元氣件大多為(SMD)面貼元件，而且集成專用件比較多，在6～12層PCB上很難手工焊接，除少數(shù)幾個常見模塊損壞時能夠換件外，一般均直接更換PCB板。更換面貼元件時，為防止破壞電路板，對維修工具和焊接熟練程度要求較高。

3.1.1 電源板損壞

解決辦法:更換電源模塊、電容或整塊電源板。維護措施:用導熱硅膠在電源模塊上粘貼散熱片，定期充電除塵。

3.1.2 GPS板鎖星慢、接收不到衛(wèi)星信號

(1)內電池損壞，星歷文件丟失。存儲在電保持存儲器中的GPS星歷文件靠一個類似于微機中CMOS電池的可充電鋰電池維持，電池損壞則星歷文件丟失。解決方法:更換內電池。

(2)GPS板壞、GPS接收天線接口電壓低。接收機接收不到衛(wèi)星時，量取GPS接收天線接口電壓，一般應為5～12 V，以驅動GPS接收天線中的前置放大器，電壓偏低時應更換GPS板。

3.1.3 CPU板固化軟件和功能選項丟失

固化軟件和功能選項一般存儲在主機可擦寫編程存儲器(EEPROM)中，不正確的操作、潮濕的氣候或者設備在容許的工作溫度范圍外工作都容易造成其丟失，主要表現(xiàn)為:軟硬件自檢不通過、關鍵功能(如:RTK、雙頻鎖星、數(shù)據(jù)記錄等)丟失。此類故障一般分別出現(xiàn)在高溫、沙塵、潮濕等工區(qū)。解決辦法:利用廠家專用的芯片擦寫程序、專用數(shù)據(jù)線，更新固件和功能選項。更新時切記儀器不能斷電，防止存儲芯片損壞。

3.2 附件故障

3.2.1 手持控制器故障

(1)手持控制器按鍵失效，串鍵。這是由于鍵盤導電膜斷路、短路引起的故障。解決方法:判斷為短路時，用刀片切斷導電膜短路點;判斷為斷路時，用鉛筆或細銅絲連接斷點，再用502膠封裝即可，否則更換導電膜。

(2)手持控制器操作系統(tǒng)錯誤，應用軟件錯誤。手持控制器操作系統(tǒng)一般為DOS或WINDOWSCE，長期高溫或低溫條件下操作時，操作系統(tǒng)易崩潰。如在路塞爾項目這種長期高溫條件下作業(yè)的情況，手持控制器經常會出現(xiàn)死機的情況，此時觸摸屏和按鍵均無效，需對其進行復位處理或者直接取出內部電池，同時應該盡可能將儀器置于陰涼地方待儀器內部溫度下降。在經過多次復位操作后，易引起手持控制器漢字庫丟失，需重裝操作系統(tǒng)，上載應用軟件，重新漢化。

3.2.2 電臺故障

GPS動態(tài)RTK作業(yè)依賴穩(wěn)定高效的電臺數(shù)據(jù)鏈。電臺有效覆蓋半徑減短的主要原因是發(fā)射電臺功率降低，接收電臺靈敏度降低。對發(fā)射電臺可在輸出端連接最大頻率500 M以上的功率計用以監(jiān)視功率，調節(jié)可變電阻，使輸出功率到標稱值。對于接收電臺，可在其輸入端接入高頻信號發(fā)生器，輸出端連接矢量分析儀，監(jiān)視電臺的靈敏度曲線，調節(jié)可變電容、電感，使靈敏度曲線的波峰處于電臺中心頻率附近。發(fā)射電臺無輸出時，一般是不正確的操作(如空載)、高溫作業(yè)導致功放燒壞，更換功放即可。

3.2.3 電纜和電池故障

電纜包括50 Ω同軸電纜和RS232多芯串行電纜。由于灘海海水腐蝕，高山密林地區(qū)經常被拖掛，高溫高寒地區(qū)發(fā)軟發(fā)脆等原因造成電纜斷裂、短路、阻抗增大、接口斷針，根據(jù)隨機資料中的電路圖，采用電烙鐵配合小型臺鉗即能維修好。

損壞的電池往往是電池組中的個別電池出現(xiàn)故障。如果電池沒有老化，可以通過更換單個電池或大電流或15 V電壓激活后一般即能恢復其性能。

3.3 環(huán)境引起的故障

GPS作業(yè)時遠離不優(yōu)良的衛(wèi)星信號和電臺數(shù)據(jù)鏈。環(huán)境引起的故障主要是指環(huán)境對衛(wèi)星信號、電臺數(shù)據(jù)鏈的影響，從而使GPS接收機不正常工作。

3.3.1 衛(wèi)星系統(tǒng)引起的故障

包括多路徑效應、衛(wèi)星健康質量差、工作時段衛(wèi)星結構(PDOP)差、可視衛(wèi)星數(shù)量少等故障。這些故障導致GPS接收機不定位、定位時間過長和定位質量差。

防止多路徑效應可通過遠離大面積反射面、增加測站高度、增大衛(wèi)星抑制角等方式避免。衛(wèi)星健康質量、衛(wèi)星結構(PDOP)、可視衛(wèi)星數(shù)量均與施工工區(qū)定位的工作時段有關，每天在某一時段(1～2個h)這些因素不好時，GPS接收機不能正常工作，造成常說的“時間段”現(xiàn)象，時間段每天提前4 min。解決這一故障的最好方法是利用星歷預報軟件觀察預報每天的可視衛(wèi)星數(shù)、圖形結構、衛(wèi)星健康狀況，避免“時間段”，屏蔽掉有問題的衛(wèi)星，合理安排施工。

3.3.2 電臺數(shù)據(jù)鏈引起的故障

測量施工一般使用RTK技術，淺海施工時使用RTD技術。RTK技術必須依靠高質量的無線電臺數(shù)據(jù)鏈，RTK電臺數(shù)據(jù)鏈波段一般選擇視線傳播的甚高頻波段(UHF)，RTD技術采用MF中波波段。

山地和城區(qū)施工時視線傳播的高頻GPS電臺數(shù)據(jù)鏈容易被阻擋、吸收，致使其覆蓋半徑減小。解決的方法是增大電臺的發(fā)射功率;架高發(fā)射天線;使用中繼站;單一頻率多基站，虛擬基站。中繼站的中繼方式根據(jù)情況不同可采用同頻中繼，換頻中繼，延時中繼。淺海RTD施工時，要提高電臺的作用距離，關鍵是鋪好RTD中波發(fā)射基站的地網，提高發(fā)射效率。

在工業(yè)發(fā)達的城區(qū)或者靠近大型機電設備群施工時，GPS電臺數(shù)據(jù)鏈容易受到諸如大型電動設備、無線電通訊設備等引起的同頻干擾。如在進行路塞爾場地項目施工測量時，當RTK與大型作業(yè)機群太靠近時，RTK無線電接收出現(xiàn)異常，經協(xié)調將機群關閉后，RTK無線電接收正常。

4 結語

筆者針對GPS在工程建設中的應用越來越廣泛的情況，分析并提出了GPS在生產中出現(xiàn)的一些故障產生的原因及解決辦法，通過在生產中的實際應用，提高了GPS設備的使用效率，有效地保障了野外測量生產的正常進行。隨著電子技術和GPS技術的發(fā)展，新的問題也會不斷出現(xiàn)，在今后的工作中，我們將不斷進行分析和總結。這些技術和經驗，對于保障測繪工作的正常展開具有重要的意義，同時也將產生可觀的經濟效益。

［1］ 徐紹銓，等.GPS測量原理及應用［M］.武漢:武漢測繪科技大學出版社，1998.