淺談華測GPS在道路測量中的應用研究

摘 要：大量交通基礎建設的投入以及工程項日技術難度的增加，為更好適應公路勘測的新要求，提高作業效率與精度、降低成本。文章介紹了GPS作業的幾種模式和它們之間的對比，然后以樺林大街項目為例，闡述了道路鍵入和放樣的方法，并完成斷面圖的測繪。

關鍵詞：公路測量；GPS作業模式；計算土方量

1 基本定位原理

GPS定位是以GPS衛星和用戶接收天線之間的距離為基本觀測量，根據已知的衛星瞬時坐標，確定用戶天線所對應的位置，其實質是空間距離后方交會。在一個測站上只需3個獨立距離觀測量。GPS采用的是時差測距原理，即通過測量GPS信號從衛星傳播到用戶接收機的時間差計算距離，由于衛星鐘與用戶接收機鐘不同步，因此，觀測的測站至衛星間的距離稱為偽距。衛星鐘差可以通過衛星導航電文提供的鐘差參數修正，接收機鐘差難以預先準確確定，可將其作為未知參數與觀測站坐標在數據處理中一并解出。在一個測站上，除了三個待定位置參數外，還需要增加一個接收機鐘差參數，因而至少應有4個同步偽距觀測量，即至少必須同步觀測4顆GPS衛星[4]。

2 GPS控制網設計

2.1 GPS控制網的基本原則

測區有舊的地面控制點成果時，應既考慮充分利用舊資料，又要使新建的高精度GPS控制網不受舊資料精度較低的影響。為此，應將新的GPS網與舊控制點進行聯測，聯測點一般不應少于3個。GPS在選點時應滿足點位周圍應便于安置天線和GPS接收機。視野開闊，視場內周圍障礙物的高度角一般應小于15度；點位應遠離大功率無線電發射源及高壓電線，以避免周圍磁場對信號的干擾；點位周圍不應有對電磁波反射（或吸收）強烈的物體，以減弱多路徑效應的影響；點位應選在交通方便的地方，以提高作業效率；選定點位時，應考慮便于用其它測量手段聯測和擴展；點位應選在地面基礎堅固的地方，以便于保存。

2.2 GPS建網流程

公路勘測首級平面控制網的任務是根據線路的基本走向布設控制點。《公路全球定位系統（GPS）測量規范》規定：GPS控制網作為公路工程項目的首級控制網，應每隔5km左右布設一對相互通視的GPS控制點，布網流程如圖1。

圖1 布網流程圖

3 GPS的作業模式及其對比

3.1 雙星和單星GPS

本次設計在樺林大街項目中，使用華測X91和X90GPS進行測量，并比較單、雙星系統的不同。華測GPS-X91是雙星系統能夠同時搜索GPS和GLONASS衛星信號，其可見衛星數多，改善空間衛星的幾何圖形條件，在測量樹林等地方還能夠保持收到8顆左右的衛星信號，能夠進行固定、測量，而單星系統的GPS只能接收到2、3顆衛星，很難固定。由此可以展示出雙星系統的優勢。

3.2 GPS的作業模式

3.2.1 電臺模式

電臺模式RTK操作方便，初始化時間短。但是電臺在山區、丘陵和無線電干擾較大的地方輻射范圍小，使基準站控制范圍大大減小。另外，電臺架設不方便，需在地勢較高地方架設以提高作業半徑，不同的測區需要不同的參數，基準站的架設次數也隨之增加。

3.2.2 網絡模式

網絡模式相對于電臺模式作業距離大大增加，而且測量時不在需要電臺，更加方便以及提高工作效率。但是初始化時間相較于電臺模式略長，而且初始化時間隨著測量距離的增加而增加；測量精度隨著測量距離的增加而降低。

3.2.3 CORS站

CORS站使RTK的作業距離不再受限制，也不需要進行繁瑣的點校正過程，另外由于消弱了對流層、電離層的誤差和隨距離逐漸增加的比例誤差， CORS較與其他模式測量精度更加可靠。但是CORS需要花費大量的資金和精力去建設和維護。

4 GPS-RTK點校正

以華測X90GPS儀器為例進行點校正，先點擊測量-點校正；選擇增加；網格點名稱選之前鍵入的“當地平面坐標”；GPS點名稱選輸入的或實地測出相對已知點的“WGS84坐標”（GPS的測量結果就是WGS84坐標，但能得到當地坐標是手簿軟件完成的）；校正方法一般選擇“水平與垂直”；然后確定。用幾個點進行“校正”就用同樣的方法增加幾次，最后選擇計算，即把點校正后所得的參數應用于當前任務。點校正的目的就是求WGS84坐標到當地坐標的轉換參數（WGS84坐標轉換到當地坐標系的轉換參數，包括7參數和3參數，用戶如果有當地的7參數可直接輸入則不需點校正）。

5 道路鍵入

一條完整的道路由下面部分組成：直線→緩和曲線→圓曲線→緩和曲線→直線，道路的樁號根據所創建元素長度自動累加，下面以這個順序創建一條道路：

（1）新建元素選擇直線，輸入新建道路名稱或使用默認的Road0001‘接受，選中水平定線’編輯，進入道路編輯界面。新建后就可根據提示添寫道路已知元素來創建道路。起始樁號是根據所要放樣的里程輸入；方法有鍵入坐標和選擇點兩種：鍵入坐標法則只需在起始北和起始東的文本框里輸入坐標即可；選擇點法可以選擇已經采集或鍵入的點，樁號間隔則根據工程需要自行設定，設置好并檢查無誤后選擇存儲，即把道路的直線段創建好了。

（2）新建創建緩和曲線，輸入設計的方位角（起點切線的方位角，且默認值為上段直線的方位角，方位角是不需要輸的，即直線的方位角就是緩和曲線起點切線的方位角）；再選擇直緩曲線或緩直曲線（當然按順序為直緩曲線，即由直線轉為緩和曲線）；然后輸入緩和曲線的弧段方向和半徑（半徑是圓曲線的半徑）、長度（這段緩和曲線弧的長度）來確定要創建的緩和曲線。

（3）新建創建一條弧線，則要先輸入設計的方位角（和上面所說意義相同，一般為默認值），再選擇創建方法，創建的方法有三種分別是弧長和半徑、角度變化量（圓心角）和半徑、偏角和長度（偏角和長度即弧長），選擇后可根據提示在相應的位置中輸入數值，再選擇弧段方向。

6 帶狀地形圖測繪

RTK因其工作效率高、定位精度高、全天候作業、RTK測量自動化、操作簡單。一臺主站架設在已知控制點，設置好基準站，可幾臺流動站同時作業，繪圖人員可以很直觀地了解整個測區的地形及地貌，避免了以往全站儀測量離測站較遠時，鏡站人員形容不當可能造成的繪制錯誤。所有數據全部存儲在與流動站連接的測量手簿中，避免了以往讀數、聽數、記數過程中可能發生的差錯，保證了數據采集的正確性，為今后斷面測量、土方量的計算打下良好基礎。

7 結束語

本文以樺林大街為依托，介紹了GPS在公路工程測量中應用的過程。本設計從GPS測量出發，研究了GPS的定位原理，闡述了GPS在公路初測和定測中的應用。控制網的精度越高，樺林大街的主體位置就更精確。GPS的工作模式及它們之間的對比；放樣的結果是得到是地上的標樁，標樁在哪里，施工隊伍就在哪里進行施工。如果放樣出現誤差、錯誤就將造成極大的損失。本文所述方法提高工作效率、減少作業時間、同時保證測量要求精度。

參考文獻

[1]雒應.GPS全球定位系統在公路路線控制測量中的應用研究[D].長安大學，2000.

[2]李國文，尹力，張東東.淺談現代測繪技術在公路勘測中的應用[J].民營科技，2011（2）：2～4.