淺析GPS測(cè)量技術(shù)在公路工程中的運(yùn)用

胡擴(kuò)遠(yuǎn)+李樹(shù)坤+曹方剛

摘要：隨著全球定位系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，在公路工程測(cè)量行業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。在公路工程測(cè)量行業(yè)中想要更加優(yōu)越的發(fā)揮出GPS技術(shù)作用，從純理論到實(shí)踐操作還有一定的差距。基于上述原因，在分析了公路工程測(cè)量行業(yè)中使用GPS技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單闡述下路橋變形檢測(cè)雙頻GPS有關(guān)推算內(nèi)容。最后希望GPS的應(yīng)用前景更加寬廣。

關(guān)鍵詞：公路工程，測(cè)量，GPS，靜態(tài)定位，動(dòng)態(tài)定位

中圖分類號(hào)： P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

引言：當(dāng)下，GPS技術(shù)的飛速發(fā)展已在公路工程測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。但是如何更優(yōu)越地發(fā)揮GPS技術(shù)和在公路工程測(cè)量中應(yīng)用，提高工作效率，從純理論到實(shí)踐操作還有一定的差距。因此，根據(jù)實(shí)際作業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn)得出：GPS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：精度高，不受時(shí)間限制、全天候作業(yè)，不受通視條件等影響。此等工程又是時(shí)間緊、任務(wù)重、質(zhì)量高的重點(diǎn)工程。因此，作為前期工程的控制測(cè)量，采用GPS作業(yè)是特別理想的作業(yè)方式。接下來(lái)簡(jiǎn)單闡述下GPS作業(yè)技術(shù)的特點(diǎn)。

一、GPS作業(yè)在公路工程測(cè)量中特點(diǎn)

依據(jù)多年的測(cè)繪工作所得，公路工程測(cè)量行業(yè)中使用GPS作業(yè)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）實(shí)時(shí)定位，解算速度快、精度高。對(duì)導(dǎo)航用戶而言，需要知道自己所處的實(shí)時(shí)位置。假如利用子午衛(wèi)星系統(tǒng)要測(cè)若干段時(shí)間后才能獲得定位數(shù)據(jù)；而GPS技術(shù)利用觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解算獲得定位結(jié)果，具有較高的實(shí)時(shí)性。

（2）對(duì)環(huán)境要求低無(wú)需通視。常規(guī)測(cè)量設(shè)站點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間必須通視才能測(cè)量，而GPS測(cè)量就是點(diǎn)與點(diǎn)之間無(wú)需通視，測(cè)點(diǎn)能夠接收足夠的衛(wèi)星信號(hào)就可進(jìn)行定位測(cè)量。因此作業(yè)可以減少支點(diǎn)，給測(cè)量作業(yè)帶來(lái)方便、節(jié)省費(fèi)用和時(shí)間，能夠提高測(cè)量的速度和精度。

（3）外業(yè)操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量作業(yè)的自動(dòng)化程度高。GPS接收機(jī)日益趨于小和操作簡(jiǎn)便化，作業(yè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高、打開(kāi)電源、設(shè)置好儀器參數(shù)即可進(jìn)行測(cè)量，利用配套數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。其它工作如衛(wèi)星的捕獲、衛(wèi)星跟蹤觀測(cè)整周模糊度解算等皆由儀器自動(dòng)完成。

二、GPS作業(yè)缺陷

基于上述GPS 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因而在地質(zhì)勘探作業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)也有不足， 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

l 、受衛(wèi)星狀況限制。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置對(duì)美國(guó)是最佳的時(shí)候，有些國(guó)家在某一確定的時(shí)間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區(qū)，城市高樓密布區(qū)域 ，衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，使一天中一可作業(yè)時(shí)間受限制。作業(yè)時(shí)間受限制可由選擇作業(yè)時(shí)間來(lái)解決。

2 、高空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到 5 顆衛(wèi)星，因此初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。

3 、精度和穩(wěn)定性問(wèn)題。 GPS 測(cè)量精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，這是由于 GPS 較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的原因。不同質(zhì)量的系統(tǒng)，其精度和穩(wěn)定性差別較大。

4 、電量不足問(wèn)題。 GPS 耗電量較大，需要多個(gè)大容斌電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏的偏遠(yuǎn)作業(yè)區(qū)受到限制。

三、公路工程測(cè)量中利用GPS技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量

1、 測(cè)前準(zhǔn)備

GPS RTK內(nèi)存數(shù)據(jù)容量，分析測(cè)點(diǎn)所處的環(huán)境，預(yù)測(cè)最佳觀測(cè)時(shí)間；檢查儀器的設(shè)置：儀器所處的模式是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)、衛(wèi)星高度截止角、數(shù)據(jù)采樣頻率、天線的類型等。

2、 數(shù)據(jù)傳輸

傳輸前需要檢查每個(gè)時(shí)段內(nèi)記錄的數(shù)據(jù)量是否接近、剔除無(wú)效數(shù)據(jù)；設(shè)置數(shù)據(jù)參數(shù)；傳輸前檢查傳輸軟件的設(shè)置是否和所用的儀器匹配；為方便以后解算使用傳輸時(shí)記錄好點(diǎn)名和時(shí)段，同時(shí)拷貝備用；

3、 數(shù)據(jù)處理

（1）基線向量解算時(shí)，可根據(jù)不同情況，設(shè)置好是解算部分基線還是解算全部基線， 軟件自動(dòng)解算；

（2） 基線向量解算后，可初步檢査一下評(píng)判各基線的置信參數(shù)，檢査同步環(huán)、異步環(huán)等閉合差， 檢査不同時(shí)段同一條邊的較差， 査出超限原因， 剔除有粗差的基線；

4.平差計(jì)算

GPS定位成果屬于 WGS-84大地坐標(biāo)系， 而實(shí)用的測(cè)量成果是屬于國(guó)家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系，綜上所述，必須解決成果的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

（1） 基線向量解算后的平差分為三類：（1）無(wú)約束平差，（2）約束平差，（3）聯(lián)合平差。日前，對(duì)于絕大多數(shù)的地區(qū)聯(lián)合平差是解決 GPS網(wǎng)成果轉(zhuǎn)換的有效手段，也是絕大多數(shù)的地區(qū)目前唯一行之有效的方法。因此 GPS網(wǎng)一般要聯(lián)測(cè)3-5個(gè)已知點(diǎn)；

（2） GPS基線向量網(wǎng)成果的內(nèi)精度分析：根據(jù)無(wú)約束平差成果分析，主要考察基線向量觀測(cè)值改正數(shù)、 各點(diǎn)坐標(biāo)中誤差、 點(diǎn)位中誤差、 GPS基線向量邊的方位和邊長(zhǎng)相對(duì)精度， 若發(fā)現(xiàn)有明顯粗差， 則要在聯(lián)合平差前剔除。

三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與高程計(jì)算

道路中線各點(diǎn)的坐標(biāo)都是表示在線路坐標(biāo)系中的， 而 GPS 衛(wèi)星采用的是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)， 測(cè)量的結(jié)果也是屬于該坐標(biāo)系的， 因此要把該結(jié)果實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換到線路坐標(biāo)系中才能使兩者進(jìn)行比較。另外， 在平面位置滿足要求以后還要其高程信息， 而 GPS測(cè)得的是大地高， 還要將其轉(zhuǎn)換為水準(zhǔn)高才能繪制橫斷面圖。

（1）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

為在定測(cè)中運(yùn)用 RTK技術(shù)，應(yīng)首先建立 RTK作業(yè)的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，即控制網(wǎng) 。 點(diǎn)之問(wèn)的距離可以是幾公里或十幾公里，這此點(diǎn)構(gòu)成線路的首級(jí)控制網(wǎng)，它不僅有 wGS-84坐標(biāo)， 同時(shí)也有線路坐標(biāo)系的坐標(biāo)。在 RTK作業(yè)時(shí)應(yīng)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)以進(jìn)行兩種坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，在兩個(gè)控制點(diǎn)間的線路應(yīng)選用該兩點(diǎn)的兩套坐標(biāo)求轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（2）高程計(jì)算

在線路工程中完個(gè)用 GPS 替代基平測(cè)量尚有一定的困難，基平仍由水準(zhǔn)或三角高程測(cè)量來(lái)完成，基平一般每 l～2 km 布設(shè)一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，在基平點(diǎn)選擇及 GPS 線路控制時(shí)應(yīng)顧及兩者有足夠多的重合點(diǎn)，這樣保證每 2～ 3 kn 有一個(gè)重合點(diǎn)，這時(shí)采用擬合模型其誤差就能得到有效的控制，擬合后相對(duì)于基平水準(zhǔn)點(diǎn)高程中誤差可在 2～3 cm 以內(nèi)，這樣的精度可以滿足中平測(cè)量以及野外地形數(shù)據(jù)采集對(duì)高程的精度要求

五、結(jié)束語(yǔ)

GPS技術(shù)已經(jīng)在公路工程測(cè)量中引起了重大變革，帶來(lái)了空前的高效率、低強(qiáng)度的作業(yè)模式。隨著最新興的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線電通信技術(shù)和全球定位技術(shù)于一身的的先進(jìn)的多基站GPS RTK算法的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，高精度全球定位系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，隨著它的推廣和應(yīng)用，GPS技術(shù)在道路測(cè)量中的應(yīng)用極大的拓展，從源頭上提升了公路工程測(cè)量的精度和作業(yè)效率，降低了人力物力的消耗。因此我堅(jiān)信GPS測(cè)量技術(shù)在公路工程的測(cè)量中會(huì)越走越遠(yuǎn)。

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