基于 GPS 测绘技术的建筑物外立面轮廓测量方法

一、引言

建筑物外立面轮廓测量属于建筑行业重要的测量工作之一，是建筑工程规划、设计及施工、后期维修改造等工作质量的重要保障。传统的测量方式具有较多的局限性，包括测量误差大、效率低、操作过程复杂、受限于地形及视线通视等。随着 GPS 测绘技术的不断进步，以及计算机硬件设备等的进步，再加上测绘需求的不断发展变化，而运用 GPS 测绘技术可以提高建筑测量的效率与精度。因此，本文将运用 GPS 测量技术对建筑物外立面的轮廓进行测量，突破传统的建筑物外立面轮廓测量的技术限制，为其寻找一种更加方便且更为准确的方式，以供工程上使用。由此可见，结合 GPS 测绘技术研究建筑物外立面轮廓测量，有十分重要的理论价值及实用价值。

二、GPS 测绘技术原理

GPS 全球定位系统主要由 3 大部分组成，分别为：空间段、地面控制段及用户设备段，定位过程是基于空间距离后方交会的原理，卫星提供的是星历及时间信息，接收机通过计算得到的是卫星的伪距值，利用至少 4 颗卫星的数据来进行后方交会解算求得三维坐标，而现实使用上一般会通过差分 GPS 技术以提高精度，在已知坐标的基准站通过一台接收机计算定位误差，将误差信息发给流动站去修正定位的结果。

三、GPS 测绘技术应用于建筑物外立面轮廓测量的可行性与优势

3.1 可行性分析

建筑物外立面轮廓测量的核心是获取特征点精确坐标，而 GPS 技术主要是用于确定地面上任一点的三维坐标，在合理布置测量点并处理所得数据之后便可得到整个轮廓的数据。现阶段，由于 GPS 接收机的灵敏度以及信号的处理能力较强，在建筑物比较密集的地方同样也可以接收到较多数量的卫星，同时将 GPS 和惯性导航系统以及激光测距结合，提高了应用的技术水平，使得这项技术更加适用于复杂的地方，并且可以保证测量过程的可靠性。

3.2 优势分析

相比于传统测量方式而言，GPS 测绘技术具有明显的优势，包括测量速度快，对中和整平操作简便，不要求通视，可以同时测出多个地方，从而节省大量时间。其次，GPS 测量精度高，使用差分 GPS 技术后平面定位精度达到厘米级甚至毫米级，同时高程测量也能够满足需要。再次，GPS 接收机的自动化程度高，操作界面友好，接收人员通过简单的培训后就可以操作仪器完成作业任务。最后，GPS 测绘后，测量数据可以直接导入到各种专业软件中，然后生成图形，以供后续的工作继续使用。

四、基于 GPS 测绘技术的建筑物外立面轮廓测量流程

4.1 硬件设备配置

进行建筑外立面轮廓测量时，必须配备相应型号的 GPS 设备，具体包括 GPS 接收机、天线、数据传输装置等。GPS 接收机应选择定位精度高、抗干扰性能强、采样率高的型号，如 TrimbleR10、LeicaGS18T 等。天线应选用与接收机配套、增益高、相位中心稳定的型号，然后根据需要可选配无线传输模块或有线传输设备来实现测量数据的实时传输或存储。对测量的建筑物外立面还需配置相应的测量杆、棱镜、三脚架等附属设备来进行 GPS 接收机、天线的定位及安装固定，保证测量点的准确性。

4.2 测量点布设

合理地在外立面布设测点以获得真实的外立面轮廓信息。外立面测点布置要满足以下要求： ① 均匀分布于建筑物外立面，能够反映出整个建筑物外立面的整体轮廓情况，如规则形状的建筑物可以布置于建筑外立面各个角落以及建筑外立面中间位置；不规则形状的建筑物，则可以多布置些变动大的部位，以便更多地反映该部分细节情况。 ② 测量点的数量必须根据被测量建筑物的大小和测量精度的要求来决定，一般来说，建筑物越大，精度要求越高，则需要测量的点就越多。 ③ 为了保证测量的操作性与安全性，在进行高耸建筑物外立面测量时应尽量少布设于危险部位，而是借助于建筑中的安全的地方（例如阳台、窗户等）进行测量。

4.3 数据采集

测量点布设完成后，开展数据采集工作。GPS 接收机及天线置于测量点，固定牢靠并保证信号接收良好，打开 GPS 接收机，并且设置好采样率、卫星截止高度角等测量参数，一般是 1～5Hz ；卫星截止高度角为 15^∘～20^∘ ，接着等待 GPS 接收机稳定接收4 颗以上卫星信号后，即可开始数据采集。每个测量点的数据采集时间视测量环境与测量精度的要求确定，通常为 30 秒 ～5 分钟，在此期间需将测量点号以及位置描述等相关信息做好记录。

4.4 数据处理

整理好的数据通过专门的数据处理软件(Trimble Business Center、Leica Infinity)导入并检查导数数据，根据实际需要进行数据转换和剔除数据等预处理，然后通过差分GPS 改正数据误差来提高精度。利用数据内插和拟合将点状分布的建筑物外立面测量数据变为面分布的数据即外立面轮廓线，再对其进行编辑修饰，加上一些必要的标注说明，制成的建筑物外立面轮廓图。在数据处理过程中，还可以将建筑物外立面轮廓信息和其他有关的地物信息融合成三维可视化的模型，为建筑设计与施工及城市规划提供更加直观的信息参照。

五、误差分析与控制

5.1 误差来源分析

利用 GPS 测绘技术进行建筑物外立面轮廓测量时，误差产生的原因有以下几点：① 由于卫星信号误差导致的定位误差：包括卫星轨道误差、卫星钟误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差等。 ② 由于接收机误差造成的测角误差、测距误差以及载波相位观测值残差等。 ③ 由测量环境因素引起的误差：比如建筑物遮挡引起的空间球面无线传播路径的偏离、多路径效应干扰卫星信号接收等。在城市环境下，建筑物较多，容易受周围环境的影响，容易产生被遮挡、反射，多路径干扰较大等问题。

5.2 误差控制策略

为了提高测量精度，必须有效控制误差，利用差分 GPS 技术去除卫星信号误差的影响，通过对 GPS 基准站和流动站实时进行差分计算来抵消大部分公共误差。根据实际情况选择合适的观测时间和地点，避免在不良状态下如信号弱、有强干扰时去测量，同时需要对 GPS 接收机和天线进行校准与保养，确保接收机处于良好的工作状态，在测量中利用多台 GPS 接收机同步观测后，采用一定的数据融合方法以减小接收机的误差。针对测量环境因素所带来的误差问题，则要对测量点进行合理的布设、选取适当的天线类型以及采取适当的安放位置等方法来减弱建筑物的遮挡以及多路径效应对测量结果的影响。

结束语：

综上所述，本文分析了利用 GPS 测绘技术进行建筑物外立面轮廓测量的方法，并从理论上加以分析，在此基础上介绍测量流程及误差分析与控制，结果表明 GPS 测绘技术用于建筑物外立面轮廓测量是可行的，能克服传统测量方法所带来的弊端，有利于提高建筑物外立面轮廓测量效率及精度。在测量过程中，每一步骤都要有针对性地遵循一定技术要求和操作规范，由于测量时会有各种误差存在，则可采取适当的措施对其加以控制，能有效提高测量精度。由此可见，利用 GPS 测绘技术完成建筑物外立面轮廓测量工作可以很好地满足精度要求，具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]程羲.基于 GPS 测绘技术的建筑物外立面轮廓测量方法[J].自动化技术与应用,2024,43(05):70-74.

[2]李彦鹏.GPS 测绘技术在工程测绘工作中的运用路径分析[J].城市建设理论研究(电子版),2025,(01):166-168.