基于公路工程測量中GPS的應用研究

劉貴洲

（江蘇交通咨詢監理有限公司,江蘇 南京 210000）

基于公路工程測量中GPS的應用研究

劉貴洲

（江蘇交通咨詢監理有限公司,江蘇 南京 210000）

GPS技術的不斷發展已在我國公路工程測量中得到普遍應用，但是如何更好地發揮GPS技術及實現公路工程中的較好示范應用作用，從理論到實踐還有較大差距。基于此，在分析了公路工程測量中使用GPS技術特點的基礎上，對路橋變形檢測雙頻GPS有關推算做一闡述，文章最后，根據作者的工作所得，對GPS的應用前景作了論述。

公路工程；測量；GPS；靜態定位；動態定位

時下，GPS技術的不斷發展已在我國公路工程測量中得到普遍應用，但是如何更好地發揮GPS技術及實現公路工程中的較好示范應用作用，提高其工作效率，從理論到實踐仍有較大差距。鑒于此，根據實際工作經驗得出：GPS技術的諸多優點多數集中體現在精度高,不受天氣、通視條件等影響。就目前的高等級公路,尤其對高速公路來說,由于其車速高、全封閉的特點,對線形標準要求很高，相應的沿線經過的地形較為復雜而且影響通視,同時，這些重點工程往往是任務重、時間緊，質量要求高。因此作為先期工作的基礎控制測量,采用GPS技術是理想的作業方法。下面先就GPS技術的特點做一闡述。

1.公路工程測量中使用GPS技術特點

根據筆者多年的工作所得，具體來說公路工程測量中使用GPS技術主要具有以下幾方面的特點:（1)實時定位，準確。對導航用戶而言,需要實時知道自己所處的位置。利用子午衛星系統要測若干段時間后才能獲得定位結果;而GPS技術利用實時的觀測數據獲得實時的定位結果,具有實時性。（2)定位精度高、速度快。在導航及測量領域,GPS與常規方法相比,具有精度高、速度快、操作簡單、自動化程度高等優點,由此帶來了很好的經濟和社會效益。（3)無需通視。對常規測量而言,點與點之間只有通視才能進行測量,而GPS用于測量的一個顯著優點就是點與點之間無需通視,只要各測量點能接受到衛星信號就可進行定位,因此,可以避免許多過渡點,不僅給測量工作到來許多方便、節省許多費用,而且能夠提高測量精度。（4)不受天氣限制。無論是雨雪還是風霧的天氣均可進行GPS定位服務,因此,在惡劣氣候環境下也能進行GPS定位,保證用戶在惡劣氣候環境下按時順利地完成任務。（5)操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。（6）提供三維坐標。GPS技術測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

2.公路工程測量中路橋變形檢測雙頻GPS有關推算

綜合上面的論述和筆者工作經驗不難看出，目前GPS測量技術，尤其是路橋等的各類變形監測中處于應用的最前沿，對于路橋的變形檢測主要是實時監測工程建筑物的動態變形。這種測量的特點具有采樣密度高。下面就公路工程測量中GPS技術的雙頻P碼偽距法做一推算。供同行參考。

我們就拿4顆衛星組成搜索空間這個事例來說，首先讓這4顆衛星滿足以下要求：（1）高度角大于 13°；（2）它們構成的 DDOC 最小，DDOC的定義如公式所示：DDOC=trace（ATA）-1，式中A是不同的衛星的相位雙差所對應的設計矩陣。為了形成這樣的雙差，選擇一顆高度角大且兩測站都有相位觀測值的衛星作為參考衛星。

第二，測量推算獲得這4顆衛星寬波組成雙差觀的測值，根據此計算寬波模糊度初值，以此初值的±1周組成對應的模糊度空間，再對組合空間進行雙差迭代解算，形成候選坐標組合。

第三，通過第二步的計算，已經獲得了待定點可能的位置精度，這個時候可以計算同一歷元其他寬波相位雙差觀測整周模糊度。對于每一組模糊度組合，列出寬波相位值已知情況下的雙差"固定解"的觀測函數，用最小二乘法迭代求解待定點的坐標值，并據此估算單位權中誤差值大小。最后我們選擇具有最小誤差值的解為最佳的答案，并執行分辨率值的驗算。

3.GPS技術在公路工程測量中應用

經過筆者的多次實踐驗證，在我國的公路工程測量工作中主要應用了GPS技術的靜態功能和動態功能這兩大功能應用。這兩種功能應用完全可以滿足公路勘察設計和公路建設的精度要求。

3.1 GPS技術在公路工程測量中的靜態功能應用

所謂靜態功能應用，是通過接收到的衛星信息，確定地面某點的三維坐標；它是至少有兩臺接收機同時接收衛星信號，經過衛星信號的處理可精確計算出兩點在WGS一84地心坐標系的三維坐標差，根據其中一點的坐標可推算出另一點的坐標，由于靜態相對定位精度高，可廣泛應用于形變監測、大地測量、城市與工程控制等多領域。

3.2 GPS技術在公路工程測量中的動態功能應用

所謂動態功能應用，是通過衛星系統，把已知的三維坐標點位，實地放樣地面上。具體來說，就是將一臺GPS接收機置于基準站不動。而另一臺（或幾臺）GPS接收機處于運動狀態，根據基準站與流動站信號的差分可解算出流動站各時刻的位置參數。

4.GPS技術在公路工程測量中發展趨勢

筆者認為，進入21世紀以來，GPS的動態測量技術日漸趨于成熟，它所具有的高精度、快速度和強可靠性為我國的公路工程測量一體化的實現提供了強有力的保障措施。在本章節筆者單就GPS的動態測量技術的應用前景做一闡述。

4.1 可以大比例尺帶狀地形圖測繪。在實際的公路測量中，采用GPS的動態測量技術進行地形圖測繪,不需要點間通視,減少測量層次。只需要1個人拿著流動站GPS接收機在待測的地物地貌等碎部點上采集1分鐘的時間,并通過動態測量技術操作手簿輸入碎部點的特征編碼及屬性信息，這樣，就可以得到碎部點的三維坐標。其次，再通過內業的數據傳輸和格式轉換,至專用繪圖軟件編輯成圖。由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息,采集速度快,因此大大降低了測圖難度,既省時又省力。

4.2 可以優化公路勘測作業步驟。就目前的公路測量工作的環節來說，比較繁雜。如果我們采用GPS的動態測量技術，就可以按照"靜態與動態"的作業方式實現一體化勘測目標。這種作業方式是將公路勘測工作分為靜態作業和動態作業兩大環節。靜態作業是利用GPS技術建立全線基礎控制網,提供高精度的框架,并為動態作業提供轉換參數;動態作業就是利用RTK技術,分段測量放樣。它要求流動站分工明確,如有的負責測圖,有的負責放樣。其實質在于擴大RTK技術的應用范圍,其關鍵在于實時GPS系統的數量。

4.3 可以實現道路斷面放樣工作。縱斷面放樣時,先把需要放樣的數據輸入到電子手簿中，生成一個施工測設放樣點文件,并儲存起來,隨時可以到現場放樣測設。橫斷面放樣時,先確定出橫斷面形式，然后把橫斷面設計數據輸入到電子手簿中(如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設計高),生成一個施工測設放樣點文件,儲存起來,并隨時可以到現場放樣測設。因為所用數據都是測繪帶狀圖時采集而來的,不需要到現場進行縱、橫斷面測量,大大減少了外業工作。必要時也可用動態GPS到現場檢測復核,這與傳統方法相比,既經濟又實用,前景又廣闊。

[1]王坤.公路測量中GPS的應用與分析[J].林業調查規劃，2009，34（A01）

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[3]鄒應華.GPS RTK技術在公路測量中的應用[J].科技廣場，2009，（3）.

[4]姚宏崗，秦彩霞，范云峰.公路設計測量中GPS水準高程點位的選擇及應用 [J].河南測繪，2008，（4）.

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