韓鐵剛

GPS定位技術(shù)是由美國研發(fā)的全球衛(wèi)星定位技術(shù)，該技術(shù)最早研發(fā)于20世紀70年代，并于90年代中期建設(shè)完成，可以實現(xiàn)對海面、陸地的全方位定位。SITECH(天寶公司）1984年研發(fā)出世界第一臺商用GPS接收機，并于1988年推出世界第一臺雙頻GPS測繪型接收機，隨著GPS定位技術(shù)的不斷成熟，其無論是在測量精度上還是在測量效率方面均取得較快的進步，且自動化程度、智能化程度越來越高，在工地定位系統(tǒng)、機械控制系統(tǒng)等有重大應用前景。本文就GPS定位技術(shù)在土方工程中的運用進行探討。

一、GPS定位技術(shù)

從GPS系統(tǒng)的組成角度來看，其主要包括空間部分、地面監(jiān)控和接受設(shè)備三大部分?？臻g部分指的是GPS的衛(wèi)星系統(tǒng)，整個GPS系統(tǒng)共計使用了24顆衛(wèi)星，其中21顆為常用衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。地面監(jiān)控則廣泛分布在全球各個位置，共計9個地面監(jiān)控站，其主要負責向空間部分傳輸信息。用戶接收部分則是實現(xiàn)GPS技術(shù)普及和應用的關(guān)鍵所在。在GPS技術(shù)誕生的初期階段，用于需要使用特定的信號傳輸、接受及處理設(shè)備才能夠?qū)崿F(xiàn)定位和獲取相關(guān)的信息，而隨著智能移動設(shè)備的廣泛普及和應用，GPS技術(shù)早已經(jīng)走入了平常人家，其不僅應用于日常的定位、導航當中，也在建筑工程中得到應用。

二、GPS技術(shù)在工程項目中的優(yōu)勢分析

1.精度高

GPS技術(shù)的技術(shù)原理決定了其在實際應用的過程中可以在最大程度上減少距離及環(huán)境因素對于測量結(jié)果的影響，并能夠自動化的實現(xiàn)位置定位，甚至可以對運動目標的三位位置與速度進行測量。從實際表現(xiàn)來看，GPS技術(shù)的測量精度優(yōu)勢較為明顯，其他同類型測量技術(shù)無法與之比較，尤其是1min快速測量時，誤差可以準確控制在0.1m之內(nèi)，而測量20min的情況下可以將精度控制在5mm左右。

2.觀測時間短

GPS技術(shù)在應用時無需進行通視，環(huán)境因素對于測量結(jié)果的影響較小，這也為提高測量可靠性提供了必要的條件。同時，在觀測時間大幅度降低的情況下，測量工作的整體效率也得到了顯著的提升，測量人員可以將更多的工作精力集中在數(shù)據(jù)分析方面，減少測量行為對于工作的影響。從理論角度來看，當使用的測量方式為靜態(tài)測量時，則需要在測量區(qū)域內(nèi)尋找一條標準基線，并依據(jù)土方工程的觀測要求開展測量作業(yè)，測量時間一般可以控制在1h至3h之間。而在使用快速定位測量的情況下，盡管測量精度會受到一定的影響，但測量時間卻可以大幅度縮短，甚至最短僅需5s左右的時間即可完成測量。從這一要點可以看出，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，整個系統(tǒng)的測量時間得到了有效的控制，以往需要花費數(shù)個小時才可實現(xiàn)的目標，如今僅需短短幾分鐘，甚至幾秒鐘，這無疑有助于大幅度提高測量效率。在實際測量的過程當中,GPS系統(tǒng)一般會在1h內(nèi)實現(xiàn)測量和數(shù)據(jù)采集工作，并自動將測量數(shù)據(jù)傳輸至接收器當中，通過計算機設(shè)備來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，最終得到目標定位?，F(xiàn)如今，GPS技術(shù)的軟件設(shè)備也得到了顯著的提高，監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)的應用則進一步提高了觀測效率。在應用了監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)的基礎(chǔ)上，GPS系統(tǒng)可以在靜態(tài)觀測狀態(tài)下實現(xiàn)快速觀測直徑20km范圍以內(nèi)的地質(zhì)情況，而所需的觀測時間也從最短1h縮短至16min。

3.操作便捷

GPS技術(shù)具有較高的自動化程度和智能化程度，實際操作時僅需要按照既定的流程將祥光設(shè)備進行安裝即可，即可實現(xiàn)對特定區(qū)域的遠程測量，且采集到的數(shù)據(jù)精度較高，實用性較強。例如：在土方工程中應用GPS技術(shù)時，GPS系統(tǒng)在運行過程中屬于全自動化狀態(tài)，能夠自動化完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，技術(shù)人員僅僅需要依據(jù)需求，將指令下達給GPS系統(tǒng)即可。當需要在一個觀測點實現(xiàn)連續(xù)觀測的話，則需要將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應用其中，GPS系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果均可存儲在網(wǎng)絡(luò)云服務器內(nèi)，使用時可以直接從中查找。例如Trimble GCS挖掘機控制系統(tǒng)如圖1：

圖1 Trimble GCS 挖掘機控制系統(tǒng)

4.全天候工作

從GPS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，為GPS系統(tǒng)服務的衛(wèi)星數(shù)量充足，且考慮到了出現(xiàn)突發(fā)狀況后的應急策略。目前，GPS衛(wèi)星已經(jīng)可以基本涵蓋地球上的每一個角落，可以在任何時間、任何條件下對任何地點進行測量，從而在真正意義上實現(xiàn)了全天候工作、全角度覆蓋。此外，GPS系統(tǒng)受自然因素的影響較小，除了極端的雷雨天氣之外，其他的不良天氣因素均不會對GPS系統(tǒng)的測量造成較為嚴重的影響。

三、GPS技術(shù)在土方工程中的應用

現(xiàn)階段，工程測繪所使用的測量技術(shù)種類較多，其主要包括全站儀測量、遙感測量、GPS測量等，不同的測繪技術(shù)具有各自的優(yōu)缺點，且適合應用于不同的條件和環(huán)境下。在實際測量的過程中，測量單位需要結(jié)合土方工程的實際情況靈活對測繪技術(shù)進行選擇，在保證測量精度的基礎(chǔ)上，還要進一步追求性價比。一般情況下，小規(guī)模的土方工程使用傳統(tǒng)的全站儀測量即可，全站儀測量技術(shù)是一種相對較為傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，其在我國擁有著悠久的技術(shù)應用歷史，國內(nèi)早已形成了完善的技術(shù)應用體系。但是，當土方工程的面積較大、測繪工程量較大以及地質(zhì)條件復雜的情況下，GPS測量技術(shù)的優(yōu)勢格外明顯，其不僅可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)對于大范圍面積的測量，且不會受到復雜地質(zhì)條件的影響。在土方工程施工過程中GPS在工程設(shè)備行的應用不僅提供工程精度和質(zhì)量，甚至能滿足24小時全天候施工需要，例如 GCS900 推土機，GCS900平地機，CCS900 壓路機，GCS 挖掘機等都具有良好的性能。

1.施工前的準備工作

在正式使用GPS技術(shù)開展測量工作之前，測量單位需要結(jié)合土方工程的特點、地質(zhì)條件以及面積規(guī)模制定完善的測量方案。首先，測量單位需要對測量面積進行計算，分析測量區(qū)域內(nèi)部的地質(zhì)條件和地形地質(zhì)，尤其是要重視高差坐落因素，并在初步掌握一定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對測量方案進行設(shè)計，從而明確測量的重點與要點。一般情況下，GPS測量點位的布置方式較為固定，即橫縱10m，而點位的布置方式則以梅花狀和平直狀兩種形式為主。當測量區(qū)域的地勢平坦、高差坐落較小的情況下，應當優(yōu)先考慮使用平直狀的點位布置方式，而測量區(qū)域地勢高低不平時，則應當使用梅花狀的點位布置方式。而從測量精度的角度來看，土方工程會因為其施工目的不同而對測量精度有著一定的差異性，土方工程對于測量精度的要求越高，則說明測量時間相對較長，GPS系統(tǒng)所需要分析的數(shù)據(jù)總量也相對更多。點位數(shù)量與精度之間的關(guān)系也不容忽視，點位的布置密度越大，則說明測量精度越高。

GPS技術(shù)在實際應用過程中一般有著明確的時限要求，這主要是因為土方工程的工期相對較為緊張，大量的時間需要預留給后續(xù)的規(guī)劃環(huán)節(jié)和場地處理環(huán)節(jié)時間相對較為有限。正因如此，作業(yè)單位需要始終堅持時間管理的基本理念，明確測量作業(yè)的具體時間限制和時間要求，提前布局、提前準備，要結(jié)合自身的實際情況有針對性的布置施工設(shè)備和人員，并做好人員培訓，確?？梢栽谝?guī)定的時間范圍內(nèi)完成作業(yè)。而從費用控制的角度來看，大量具有高性能的機械設(shè)備投入使用，對小工程項目來說效益不太明顯，但對大工程量項目會帶來經(jīng)濟效益。相關(guān)單位應當就費用投入方面與業(yè)主方達成一致，結(jié)合土方工程的實際情況來制定相應的方案，避免在后期階段出現(xiàn)經(jīng)濟問題。

最后，作業(yè)單位需要及時對相關(guān)設(shè)備和儀器進行檢查維護，確保儀器設(shè)備的精度和完整性，尤其是要重視信號收發(fā)設(shè)備和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備的情況，避免在工作過程中因為設(shè)備因素而造成問題。同時作業(yè)單位需要重視對于土方工程的相關(guān)資料收集，其主要包括土方工程的水文地質(zhì)條件、規(guī)模、項目周邊區(qū)域的市政管網(wǎng)布置情況、市政道路建設(shè)情況、場地內(nèi)部已有的坐標控制點和土方作業(yè)控制點。

2.數(shù)據(jù)處理

由GPS系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)果會在特定的儀器設(shè)備中存儲、顯示。當工程施工完成之后，數(shù)據(jù)將會匯總至計算機中，由計算機負責數(shù)據(jù)的保存和分析。由于記錄可能會因為傳輸因素、信號因素以及設(shè)備因素而出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整或者錯誤的情況，因而數(shù)據(jù)處理時需要關(guān)注此類情況，建議做好備份，以免影響到數(shù)據(jù)的實用價值。最后，施工單位需要依據(jù)土方工程的基本要求及時完成土方作業(yè)，為后續(xù)施工的開展奠定良好的基礎(chǔ)條件。

四、結(jié)語

經(jīng)過結(jié)合波蘭S14繞城公路項目施工期間對此項技術(shù)的應用，綜合來看，GPS技術(shù)在土方工程定位、測繪中具有較高的實用價值，其具有傳統(tǒng)測量技術(shù)所不具備的優(yōu)勢和作用。實際施工時需要靈活運用GPS技術(shù)，獲取高精度的位置數(shù)據(jù)，為土方工程的開展打下良好的基礎(chǔ)。