GPS在公路工程測量中的應用探討

程衛攀

（中交第三公路工程局有限公司第五工程分公司，北京 100020）

GPS在各個行業領域得到了廣泛應用，GPS的技術優勢應該得到我們的高度重視，將其作為工作效率提升的主要措施。對于公路工程測量而言，這就是GPS的重要應用場合，各項細節工作的高要求也需要通過GPS進行數據分析處理，尤其是高精度的數據。本文也將圍繞GPS的技術優勢，得出相關結論，旨在為今后的使用提供一定的技術借鑒。

1 GPS在公路工程中的應用現狀

公路工程中最先使用GPS技術的是公路控制測量。在測量工作中，靜態相對定位技術發揮了重要作用，通過兩臺GPS接收機的共同工作，我們能夠獲取相對精確的三維坐標數據，并且通過其中一個坐標來計算出另一個坐標，保障較好的靜態定位結果。

在高精度測量領域也得到了廣泛應用，并在發展過程中逐漸地取代傳統測量方法。目前，應用理論的不斷深入與作業模式的完善，也讓靜態相對定位技術發揮了關鍵的技術優勢。

2 GPS在公路工程測量中的定位原理

2.1 基本定位模式

按照現階段已有的衛星坐標并確定對應的天線位置，是GPS基本定位的應用措施，同時用戶接收天線的距離觀測也非常重要。在一個測站上，只需要少數幾個獨立距離的觀測量。由于GPS的技術原理是時差測距原理，以信號到接收機的時間差作為計算時的判定依據，可以將其作為不同的參數在數據處理中進行求解。在一個測站上，除了數個待定位置的參數之外，還需要設置一個接收機鐘差參數，并同步觀測數顆GPS衛星[1]。

2.2 絕對定位和相對定位

絕對定位即以地球質心作為參考點，定位作業只需要通過接收機工作即可。按照接收機的區域和狀態，可以劃分為靜態絕對定位和動態絕對定位。當接收機的天線保持靜止狀態時，靜態定位可以確定觀測站的絕對坐標，并連續測定觀測站到衛星的距離，獲取多余觀測量，通過處理后提升定位精度。GPS相對定位是當前應用比較廣泛且精度較好的定位措施，使用原理是通過兩臺接收機在端點安置后對GPS衛星進行觀測，然后確定基線端點位置。這樣一來，我們使用的基本觀測量可以獲得良好的測量精度，比傳統的偽距測量精度要更加穩定。減少信號傳播可能出現的誤差，保障觀測數據的有效性。

2.3 實時動態與差分定位

差分定位是提升定位精度的重要方案，其原理是通過兩臺GPS接收機，并將其中的一臺安置在基準站之上，另一臺則安置在待定點上。兩臺接收機進行同步觀測，通過觀測值的數值分析來減少可能產生的誤差。按照基準站信息方式的不同，可以將GPS的定位分為三種類型，即位置差分、相位差分、偽距差分，從運作模式上比較接近，直接通過用戶站接受的改正數信息來進行。在完成整個過程的校對后獲取相對精確的數據定位結果。但我們應考慮到改正數的內容差異性問題，防止因這一因素產生過大差異[2]。

位置差分是最簡單的差分模式，接收機觀測不同的衛星后可以計算出基準站的坐標。但由于環境影響、大氣影響等誤差因素，計算出的坐標和基準站之間的數據存在差異，基準站通過數據可以將位置差形成改正數再發送，然后通過待定點進行改正，將誤差得到有效處理。

相位差分即RTK技術（Real Time Kinematic），建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎之上，實現三維坐標的提供，保障精度。基準站通過數據鏈可以將觀測量與坐標信息告知用戶，用戶接受載波相位信息后可以組成相位差分觀測值進行后續處理，達到厘米級別以上的定位結果。

偽距差分是目前廣泛應用的技術手段，一個基準站上的接收機萬完成對偽距觀測工作后就你可以通過已知點的坐標來進行優化并修改，獲取位置時也能根據已經修改后的數據結果作為參考與借鑒，實現對于公共誤差的管控，保障定位精度的同時，進一步減少公共誤差帶來的不利影響。定位精度隨著基準站與待定點間的距離而逐漸降低[3]。

3 公路工程測量數據中的GPS處理方法

3.1 動態GPS應用

動態GPS應用主要利用實時動態RTK技術，通過取點位精度較高的首級控制點作為基準點，然后通過無線電傳輸設備將基準站上的觀測數據接收后，按照計算機相對定位的原理明確流動站的三維坐標與測量精度，這樣一來使用者也可以根據實時監測的數據觀測質量和基線計算結果來確定觀測時間，減少不必要的工作內容。例如在公路的測量勘測階段，就可以實現地形測繪、縱斷面地面線測量、橫斷面測量等多個方面的工作，可以在無須通視的環境下，在3 s內達到30 mm的精度，動態顯示測量成果，減少了由于誤差和造成的返工，GPS作業效率得到了充分保障。另外，如果利用該技術進行地形測量，可以在每天完成大面積的地形測繪，涵蓋公路測量的廣闊應用范圍。對于公路工程單位來說，靜態定位和GPS動態技術相結合的方式不僅可以實現公路工程平面控制測量的精度，還能對生產流程進行優化。在未來的技術條件下，跟蹤能力、初始化時間、精度都將有明顯提升，性價比出色。

3.2 公路GPS控制網建立

按照GPS的實際測量要求，每隔1 km左右設置一個控制點，其等級按照實際的公路等級決定。例如以高速公路為例，等級控制時需要將首級控制保持四等以上，在布設首級控制網的過程中也需要在5～10 km處設置首級控制點，以便于進行加密控制。按照勘測的規范要求，需要進行選點、埋石與實測工作，最終進行精度評級判定，從而建立公路GPS控制網。公路GPS控制網建立完畢后，其作用也非常顯著。一方面，在公路工程測量階段，能夠以此為基礎展開放線、施放構造物等工作，大大提升原始數據的提取精度；另一方面，GPS控制網能夠控制航向與區域寬度，施工階段與改造階段中也可以進行實地規劃。

3.3 連續運行參考站的測量方法

首先，對于觀測的時間要求較高，如果其中的某一點無法按照要求進行觀測，其他點需要同步進行等待，直至某一點恢復正常工作，否則需要直接取消觀測；此外，公路工程一般選擇國家級大地控制點，但某些點由于時間因素、環境因素，點位破壞相對嚴重。大型公路工程在地理空間上也有著較大跨度，且參加工程可能有多個單位，網平差也應該由統一的高精度基準。因此，傳統的測量方法在一定程度上影響了GPS的使用效率，基于連續運行基準站的GPS測量方案也是提升其效率的重要模式。

利用基準站實時觀測時，GPS作業模式可以讓基準站和未知點形成聯動并展開遠距離觀測，通過軟件確定坐標后，相關的測量設備可以直接通過基準站作為起算點來保障作業效率，且并不需要構成同步觀測。此時，整個作業流程變得更加清晰，并且未知點可以統一到相同的坐標基準值上，大型公路控制網建立也會更加便捷。

4 結語

作為世界范圍內使用的衛星導航系統，GPS在公路工程測量工作中會發揮重要的作用。隨著技術水平的不斷深入，GPS在理論基礎與技術方面的完善也會更加具體細致。本文在通過GPS定位技術的研究基礎上，對公路工程測量的理論與方法進行系統化歸納，并結合當前可能存在的問題進行了技術規劃。