GPS系統(tǒng)簡介：GPS即全球定位系統(tǒng)，由美國軍方最先設(shè)計和使用，由一系列能夠發(fā)送攜帶精確定時和其他信息的無線電信號和衛(wèi)星組成。地面上的GPS接收器從3個以上衛(wèi)星接收信號并計算其精確的三維位置。RTK技術(shù)實現(xiàn)了在運動中測量目標的精確位置，RTK需要2個GPS接收器共同完成。一個稱作GPS基站，固定在一個精確測定的位置作為參考站；第二個GPS接收器安裝在推土機、平地機或者挖掘機等工程機械上。兩個接收器同時接收GPS衛(wèi)星信號，GPS基站將其位置等信息同其觀測到的信息一道通過無線電裝置傳送給安裝在機器上的GPS接收器。安裝在機器上的GPS接收器將使用基站數(shù)據(jù)和他自己的GPS數(shù)據(jù)計算出他同基站之間精確的相對位置，從而得出自身的精確三維坐標信息。目前瑞士徠卡公司最新的GPS1200系統(tǒng)測量精確度已經(jīng)達到毫米級，從而使得GPS技術(shù)在工程機械控制領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。
3D控制系統(tǒng)簡介：使用3D控制系統(tǒng)，可以把工程設(shè)計數(shù)據(jù)直接輸入機載計算機，自動生成三維數(shù)字模型（DTM，Digital Terrain Model），機載計算機實時比較工程機械上鏟刀的當前位置（由定位設(shè)備測量）和設(shè)計數(shù)據(jù)，并輸出校正控制信號至控制設(shè)備，對機械的鏟刀進行控制。這樣施工機械只需要1或2次往返施工，即可達到最終的設(shè)計位置。這種以絕對坐標X、Y、Z為基準的全新控制方式，摒棄了測量、打樁、放樣等傳統(tǒng)工序，一次性解決了高程控制、平整度控制、坡度控制的問題。3D控制系統(tǒng)由定位設(shè)備、通訊設(shè)備、機載計算機、控制設(shè)備4部分組成。1、定位設(shè)備：定位設(shè)備由GPS或TPS（自動全站儀）組成，根據(jù)定位設(shè)備的不同，3D控制系統(tǒng)可以分為3D GPS控制系統(tǒng)和3D TPS控制系統(tǒng)，分別適用于不同精確度要求的工程。3D GPS控制系統(tǒng)主要用于土方工程，如推土機、平地機、挖掘機等；3D TPS控制系統(tǒng)主要用于精度要求較高的公路面層或機場工程，如平地機、瀝青攤鋪機、穩(wěn)定土攤鋪機、水泥混凝土滑模攤鋪機、銑刨機等。3D GPS控制系統(tǒng)中的定位設(shè)備由GPS基站和安裝在機械上的GPS接收器組成，GPS基站通常安裝在一個固定的、半永久性的位置上，能夠覆蓋10km的范圍，同時控制在區(qū)域內(nèi)工作的所有安裝了GPS接收器的施工機械。2、通訊設(shè)備：由無線電發(fā)射裝置和調(diào)制解調(diào)器組成，實現(xiàn)定位設(shè)備和機載計算機間的數(shù)據(jù)傳輸。3、機載計算機：機載計算機可以把輸入的工程設(shè)計數(shù)據(jù)生成三維數(shù)字地形模型，根據(jù)收到的測量數(shù)據(jù)計算出工程機械的實際位置和方向，與設(shè)計值進行比較，并把校正信息輸出到控制設(shè)備，對機械進行調(diào)整。徠卡3D GPS控制系統(tǒng)中的機載計算機為適應(yīng)施工現(xiàn)場的要求，采用堅固耐用的觸摸屏設(shè)計，能夠防震、防塵、防水。4、控制設(shè)備：由一系列控制器和傳感器組成，根據(jù)安裝部位的不同，測量控制機械自身和鏟刀的橫坡、縱坡、傾斜度等，并根據(jù)機載計算機傳來的校正信息對機械的鏟刀進行控制，最終達到施工的設(shè)計位置。
徠卡3D GPS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢：徠卡3D GPS控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于平地機、推土機等從事土石方施工的機械上，尤其適合大型土木工程、道路、機場、露天采礦等項目。其先進的三維控制方法更是對傳統(tǒng)施工工藝進行了革命性的改進。1、同傳統(tǒng)施工方法的比較：傳統(tǒng)的施工方法要求先對項目現(xiàn)場進行初測，然后開始項目設(shè)計，在根據(jù)項目設(shè)計結(jié)果進行實地打樁放樣，工程機械施工，測量打樁放樣，工程，工程機械再施工，再次測量打樁放樣……如此反復直至施工至設(shè)計位置。這種方法需要測量人員的大量工作，并且在反復的測量打樁放樣過程中造成了工程機械的閑置；機械駕駛員也要在駕駛機械的同時，以打好的樁為參照物，反復操作調(diào)整機械鏟刀一求施工接近設(shè)計位置，對駕駛員的技術(shù)水平和經(jīng)驗提出了很高的要求，也對施工現(xiàn)場的安全產(chǎn)生了隱患。使用徠卡3D GPS控制系統(tǒng)，由于能夠直接把設(shè)計資料輸入機載計算機，控制機械進行施工，直至達到設(shè)計位置，真正實現(xiàn)了無樁施工，省去了測量人員的現(xiàn)場打樁放樣工作，減少機械閑置時間，駕駛員也可以專注于機械駕駛，由3D控制系統(tǒng)來實現(xiàn)鏟刀的控制工作，并能夠在很短時間內(nèi)精確達到最終的設(shè)計位置，對駕駛員的工作強度和技能要求大大降低。同時，任何設(shè)計上的更改都可以由駕駛艙中的機載計算機實現(xiàn)，施工后的結(jié)構(gòu)也可以輸出到項目辦公室，實現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)的實時無縫鏈結(jié)。使用徠卡3D控制系統(tǒng)，能夠徹底改變傳統(tǒng)的施工程序。經(jīng)過實際工程項目的檢驗，使用3D控制系統(tǒng)，至少提高了30%的施工效率。2、GPS解決方案的優(yōu)越性：使用徠卡3D GPS控制系統(tǒng)，直接把工程設(shè)計數(shù)據(jù)用于施工，減少了不必要的誤差；GPS基站和施工機械之間不需要保持通視，特別適合大型土木工程項目；系統(tǒng)一次設(shè)置就可以保證連續(xù)施工；利用一個基站，能夠同時控制多臺設(shè)備，控制范圍達到10km,還可以根據(jù)需要擴大控制范圍；3D GPS控制系統(tǒng)能夠全天候施工，不受天氣和光線的影響；隨著施工效率的提高，顯著縮短工期；系統(tǒng)精確度達到30mm，能夠節(jié)約大量施工材料，提高施工質(zhì)量。徠卡3D GPS控制系統(tǒng)真正實現(xiàn)了無樁施工，大大減少了工作量，同時GPS接收器還可以單獨用于前后的現(xiàn)場測量工作，是全站儀之外的一個高端測量儀器。
結(jié)語：3D GPS控制技術(shù)不僅是對傳統(tǒng)施工方法的革命性改進，而且隨著工程計算機輔助設(shè)計CAD的廣泛應(yīng)用和數(shù)字地形模型（DTH）技術(shù)的發(fā)展，工程設(shè)計工作也在向無圖紙、數(shù)字化的方向發(fā)展，3D控制技術(shù)正是順應(yīng)了著一發(fā)展趨勢，是將來數(shù)字化施工的基礎(chǔ)。可以預(yù)見，這種控制系統(tǒng)必將成為今后機械控制的主流，并對工程施工產(chǎn)生深遠的影響，其在工程機械方面的應(yīng)用也將隨著GPS和TPS的發(fā)展變得越來越廣泛。
3D控制系統(tǒng)簡介：使用3D控制系統(tǒng)，可以把工程設(shè)計數(shù)據(jù)直接輸入機載計算機，自動生成三維數(shù)字模型（DTM，Digital Terrain Model），機載計算機實時比較工程機械上鏟刀的當前位置（由定位設(shè)備測量）和設(shè)計數(shù)據(jù)，并輸出校正控制信號至控制設(shè)備，對機械的鏟刀進行控制。這樣施工機械只需要1或2次往返施工，即可達到最終的設(shè)計位置。這種以絕對坐標X、Y、Z為基準的全新控制方式，摒棄了測量、打樁、放樣等傳統(tǒng)工序，一次性解決了高程控制、平整度控制、坡度控制的問題。3D控制系統(tǒng)由定位設(shè)備、通訊設(shè)備、機載計算機、控制設(shè)備4部分組成。1、定位設(shè)備：定位設(shè)備由GPS或TPS（自動全站儀）組成，根據(jù)定位設(shè)備的不同，3D控制系統(tǒng)可以分為3D GPS控制系統(tǒng)和3D TPS控制系統(tǒng)，分別適用于不同精確度要求的工程。3D GPS控制系統(tǒng)主要用于土方工程，如推土機、平地機、挖掘機等；3D TPS控制系統(tǒng)主要用于精度要求較高的公路面層或機場工程，如平地機、瀝青攤鋪機、穩(wěn)定土攤鋪機、水泥混凝土滑模攤鋪機、銑刨機等。3D GPS控制系統(tǒng)中的定位設(shè)備由GPS基站和安裝在機械上的GPS接收器組成，GPS基站通常安裝在一個固定的、半永久性的位置上，能夠覆蓋10km的范圍，同時控制在區(qū)域內(nèi)工作的所有安裝了GPS接收器的施工機械。2、通訊設(shè)備：由無線電發(fā)射裝置和調(diào)制解調(diào)器組成，實現(xiàn)定位設(shè)備和機載計算機間的數(shù)據(jù)傳輸。3、機載計算機：機載計算機可以把輸入的工程設(shè)計數(shù)據(jù)生成三維數(shù)字地形模型，根據(jù)收到的測量數(shù)據(jù)計算出工程機械的實際位置和方向，與設(shè)計值進行比較，并把校正信息輸出到控制設(shè)備，對機械進行調(diào)整。徠卡3D GPS控制系統(tǒng)中的機載計算機為適應(yīng)施工現(xiàn)場的要求，采用堅固耐用的觸摸屏設(shè)計，能夠防震、防塵、防水。4、控制設(shè)備：由一系列控制器和傳感器組成，根據(jù)安裝部位的不同，測量控制機械自身和鏟刀的橫坡、縱坡、傾斜度等，并根據(jù)機載計算機傳來的校正信息對機械的鏟刀進行控制，最終達到施工的設(shè)計位置。
徠卡3D GPS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢：徠卡3D GPS控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于平地機、推土機等從事土石方施工的機械上，尤其適合大型土木工程、道路、機場、露天采礦等項目。其先進的三維控制方法更是對傳統(tǒng)施工工藝進行了革命性的改進。1、同傳統(tǒng)施工方法的比較：傳統(tǒng)的施工方法要求先對項目現(xiàn)場進行初測，然后開始項目設(shè)計，在根據(jù)項目設(shè)計結(jié)果進行實地打樁放樣，工程機械施工，測量打樁放樣，工程，工程機械再施工，再次測量打樁放樣……如此反復直至施工至設(shè)計位置。這種方法需要測量人員的大量工作，并且在反復的測量打樁放樣過程中造成了工程機械的閑置；機械駕駛員也要在駕駛機械的同時，以打好的樁為參照物，反復操作調(diào)整機械鏟刀一求施工接近設(shè)計位置，對駕駛員的技術(shù)水平和經(jīng)驗提出了很高的要求，也對施工現(xiàn)場的安全產(chǎn)生了隱患。使用徠卡3D GPS控制系統(tǒng)，由于能夠直接把設(shè)計資料輸入機載計算機，控制機械進行施工，直至達到設(shè)計位置，真正實現(xiàn)了無樁施工，省去了測量人員的現(xiàn)場打樁放樣工作，減少機械閑置時間，駕駛員也可以專注于機械駕駛，由3D控制系統(tǒng)來實現(xiàn)鏟刀的控制工作，并能夠在很短時間內(nèi)精確達到最終的設(shè)計位置，對駕駛員的工作強度和技能要求大大降低。同時，任何設(shè)計上的更改都可以由駕駛艙中的機載計算機實現(xiàn)，施工后的結(jié)構(gòu)也可以輸出到項目辦公室，實現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)的實時無縫鏈結(jié)。使用徠卡3D控制系統(tǒng)，能夠徹底改變傳統(tǒng)的施工程序。經(jīng)過實際工程項目的檢驗，使用3D控制系統(tǒng)，至少提高了30%的施工效率。2、GPS解決方案的優(yōu)越性：使用徠卡3D GPS控制系統(tǒng)，直接把工程設(shè)計數(shù)據(jù)用于施工，減少了不必要的誤差；GPS基站和施工機械之間不需要保持通視，特別適合大型土木工程項目；系統(tǒng)一次設(shè)置就可以保證連續(xù)施工；利用一個基站，能夠同時控制多臺設(shè)備，控制范圍達到10km,還可以根據(jù)需要擴大控制范圍；3D GPS控制系統(tǒng)能夠全天候施工，不受天氣和光線的影響；隨著施工效率的提高，顯著縮短工期；系統(tǒng)精確度達到30mm，能夠節(jié)約大量施工材料，提高施工質(zhì)量。徠卡3D GPS控制系統(tǒng)真正實現(xiàn)了無樁施工，大大減少了工作量，同時GPS接收器還可以單獨用于前后的現(xiàn)場測量工作，是全站儀之外的一個高端測量儀器。
結(jié)語：3D GPS控制技術(shù)不僅是對傳統(tǒng)施工方法的革命性改進，而且隨著工程計算機輔助設(shè)計CAD的廣泛應(yīng)用和數(shù)字地形模型（DTH）技術(shù)的發(fā)展，工程設(shè)計工作也在向無圖紙、數(shù)字化的方向發(fā)展，3D控制技術(shù)正是順應(yīng)了著一發(fā)展趨勢，是將來數(shù)字化施工的基礎(chǔ)。可以預(yù)見，這種控制系統(tǒng)必將成為今后機械控制的主流，并對工程施工產(chǎn)生深遠的影響，其在工程機械方面的應(yīng)用也將隨著GPS和TPS的發(fā)展變得越來越廣泛。
