ＧＰＳ在道路勘測中的應用探討

師繁偉

摘要：GPS是近年來開發的最具有開創意義的高新技術之一，依賴其優勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。目前，GPS技術已經被廣泛的應用于公路測量的各個方面，給這一領域傳統的野外測量作業帶來了巨大的沖擊，針對實際工作狀況，學習和使用這一先進技術將會帶來很好的經濟、社會效益，也將顯著提高野外測量技術水平。

關鍵詞：GPS；靜態測量模式；動態測量模式；道路測量領域

引言

GPS全球定位系統(Global Positioning System)在公路工程測量中的應用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主

要依賴于GPS系統可以向全球任何用戶全天候地連續提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術參數。我們先了解一下GPS系統的組成，工作原理以及在測量領域的應用特點，以更好的為公路建設服務。

1 GPS系統的組成

GPS全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，除此之外，測量用戶當然還應有衛星接收設備。空間衛星群GPS的空間衛星群由24顆高約20萬公里的GPS衛星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60°，軌道和地球赤道的傾角為55°，衛星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆GPS衛星發送出的信號。GPS的地面控制系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站，主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據計算衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等并將這些數據通過注入站注入到衛星中去；同時還對衛星進行控制，向衛星發布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態。注入站的作用是將主控站計算的數據注入到衛星中去。

GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛星發出的信號，利用信號進行導航定位等。在測量領域，隨著現代的科學技術的發展，體積小、重量輕便于攜帶的GPS定位裝置和高精度的技術指標為工程測量帶來了極大的方便。

2 GPS系統的工作原理

一般GPS測量模式可分為靜態測量和動態測量兩種模式，而靜態測量模式又分常規靜態和快速靜態，動態測量模式又分準動態和實時動態，實時動態測量模式又可分DGPS和RTK方式。分別介紹如下：

常規靜態測量。主要用于建立大地控制網、地殼運動監測網、長距離檢校基線及精密工程控制網等。快速靜態測量。主要用于控制網的建立及加密、工程測量、地籍測量等。準動態測量。此方法需進行數據后處理。實時動態測量：DGPS和RTK。基本原理是在一個已知測站上架設GPS基準站接收機和數據鏈，連續跟蹤所有可見衛星，并通過數據鏈向移動站發送數據。移動接收站通過移動接收基準站發射來的數據，并在機進行處理，從而實時得到移動站的三維坐標。DGPS通常稱實時差分測量，精度為亞米級到米級，這種方式是將基準站上測量得到的RTCM數據通過數據鏈傳輸到移動站，移動站接收到RTCM數據后，自動進行解算，得到經差分改正以后的坐標。RTK是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量，是GPS測量技術發展中的一個新突破。其工作原理是基準站將觀測數據發送到移動站(不是發送RTCM數據),移動站接收機再采用更先進的在機處理方法進行處理,從而得到精度比DGPS高得多的實時測量結果。

GPS靜態與快速靜態測量已廣泛應用于城市或工程控制網，與傳統導線網、三角網相比具有全天侯、高精度、高效益等諸多優點。但GPS靜態定位也有其不足,外業觀測時間長，成果不能及時獲取，精度不能及時反映，因此難免造成外業返工現象。而RTK實時動態測量克服了上述缺點，使控制測量更高效、更靈活。

3 GPS在道路測量領域的應用

3.1 GPS用于公路路線平面控制測量

公路平面控制測量基本采用導線形式，這包括附合導線、閉合導線、導線網形式，對于重要構造物如隧道、大橋、特大橋等，也有布設成三角網等形式。隨著高等級公路的迅速發展，對測量技術提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規測量手段不僅布網困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國內已逐步采用靜態GPS測量技術建立線路首級高精度控制網，然后用常規方法布設導線加密。靜態測量是用兩臺或兩臺以上GPS接收機同步觀測，對觀測值進行處理，可得到兩測站間精密的基線向量，再經過平差、坐標傳遞、坐標轉換等工作，最終得到測點的坐標，靜態測量采用相位差分可以達到厘米甚至毫米級的精度。目前，國內已逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網，然后用常規方法布設導線加密。

3.2 GPS用于繪制大比例地形圖測量

高等級公路選線多是在大比例尺、帶狀地形圖上進行，用傳統方法測圖，先要建立控制網，然后進行局部測量，繪制成大比例尺地形圖。其工作量大，速度慢，花費時間長。用實時動態測量，得到構成局部點的數據，在室內即可由繪圖軟件成圖，由于只需要采集局部點的坐標和輸入其屬性信息，而且采集速度快，大大降低了測圖的難度，既省時又省力。

3.3 GPS用于橋梁控制網的建立

隧道、橋梁控制網作為整個大橋建設的基礎必須保證高精度和高可靠度，這種控制網的特點是網點間邊長較短，點位精度要求卻甚高。過去一般采用常規的邊角網，為了達到高精度與高可靠度，一是要考慮網形結構的優化，另外就是要花相當的工作量進行網的觀測，特別隨著橋梁的跨徑越來越大，常規測量儀器在測程上也逐漸不能勝任。近年來，在越來越多的大橋、特大橋的興建中，相繼應用GPS靜態定位技術來建立橋梁控制網，取得了越來越顯著的成績，保證了點位的高精度和高可靠度。

3.4 GPS用于公路中線測設

設計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路中線在地面上標定出來。采用實時GPS測量，通過專用的軟件，將路線數據輸人Stepbyst手簿中，系統就會根據需要計算出任意點的點位，可以對任意樁號的中樁及邊樁進行放樣，由于每個點位的測量都是獨立的完成的，不會產生累積誤差，各點放樣精度趨于一致。可以實時得到中線上任意點的樁號，方便的對公路中線測量進行必要的加樁。

3.5 GPS用于公路縱、橫斷面測量

采用RTK技術，可以在進行中樁放樣的同時，直接測量出中樁高程，完成公路縱斷面測量；可以同時進行橫斷面的測量，可以直觀方便的得到任意樁號橫斷數據。

4 展望

全球定位系統GPS是近年來開發的最具有開創意義的高新技術之一，其全球性、全能性、全天候性的導航定位、定時、測速優勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。目前，GPS技術已經被廣泛的應用于公路測量的各個方面，給這一領域傳統的野外測量作業帶來了巨大的沖擊，針對實際工作狀況，學習和使用這一先進技術將會帶來很好的經濟、社會效益，也將顯著提高野外測量技術水平。

參考文獻

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