隨著科技的發展，GPS全球定位技術不僅在測量上得到廣泛的應用，而且在工程施工及工程機械上的應用也越來越廣泛。特別是近年來以美國的天寶（Trimble）公司、瑞士的徠卡（Leica）公司和拓普康-薩澳丹佛斯公司（TSD）等為代表的國際知名廠商，在挖掘機、推土機、平地機、攤鋪機和銑刨機等工程機械上廣泛應用3D控制技術，對傳統的施工方法產生了革命性的改進。而在國內，由于各方面因素的制約，以3D GPS控制技術為主的工程施工應用才剛起步，并未得到廣泛推廣。究竟GPS在工程施工中有哪些作用？GPS控制技術在工程機械上應用的前景如何？來自瑞士徠卡公司中國代表處的關符和美國天寶北京代表處的李太豐將介紹GPS技術在工程機械上的應用和發展前景。
3D GPS控制系統在工程機械中應用前景廣闊
早在2000年，瑞士徠卡公司就推出了基于3D TPS（全站儀）/GPS 的高精度機械引導系統。2005年，徠卡公司最新推出了基于3D GPS控制技術的第五代平地之星產品（GradeStar V5.0），不僅可以應用于各類推土機、平地機，其基本通用控制系統MC1200還能用于攤鋪機、銑刨機等各類工程機械，繼續保持了其在業界的領先地位。
何為3D GPS控制系統？
使用3D GPS控制系統，可以把工程設計數據直接輸入機載計算機，自動生成三維數字模型（DTM，Digital Terrain Model），機載計算機實時比較工程機械鏟刀的當前位置和設計數據，并輸出校正控制信號至控制設備，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，即可達到設計位置。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、放樣等傳統工序，一次性解決了高程控制、平整度控制、坡度控制等問題，節省了大量的現場測量工作，把工程機械操作手從繁重的整平工作中解放出來，使他們可以專注于駕駛，大大提高了施工現場的安全性。這樣，通過使用3D GPS控制技術，使傳統意義上的工程施工進入到數字化施工的新紀元。
3D 控制系統由定位設備、通訊設備、機載計算機、控制設備4部分組成。定位設備由GPS或TPS（自動全站儀）組成，根據定位設備的不同，3D控制系統可以分為3D GPS控制系統和3D TPS控制系統，分別適用于不同精度要求的工程。3D GPS控制系統主要用于土方或礦山工程用工程機械，如推土機、平地機、挖掘機等；3D TPS控制系統主要用于精度要求較高的公路面層或機場工程用工程機械，如平地機、攤鋪機、銑刨機等。
通訊設備由無線電發射裝置和調制解調器組成，實現定位設備和機載計算機間的數據傳輸。機載計算機可以把輸入的工程設計數據生成三維數字地形模型，并根據收到的測量數據計算出工程機械的實際位置和方向，與設計值進行比較，并把校正信息輸出到控制設備，對機械進行調整。控制設備由一系列控制器和傳感器組成，根據安裝部位的不同，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，最終達到施工設計位置。
