試論GPS在公路工程測量中的應用研究

　　摘要：GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有全球性、連續(xù)性、實時性導航定位和定時功能，而將其應用到公路測量上可以說是公路測量技術上的一項革新，前景十分廣闊。本文主要探討GPS的發(fā)展現(xiàn)狀，構成及RTK技術方法在公路工程測量上的應用。

　　關鍵字：GPS儀器、RTK技術、公路測量。

　　1.GPS的發(fā)展現(xiàn)狀

　　全球有美國GPS全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯全球定位系統(tǒng)、歐洲伽利略全球定位系統(tǒng)、我國北斗星全球定位系統(tǒng)。這四大全球定位系統(tǒng)中要數(shù)GPS開發(fā)最早，應用更為成熟。其具有全球性、全天候、連續(xù)性、實時性導航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。

　　目前道路設計與施工需要嚴格掌握道路的各種數(shù)據(jù)。而常規(guī)的測量儀器不僅受到地域等作業(yè)條件的影響，使得作業(yè)難度大，效率低，作業(yè)周期長【1】。而GPS 技術的應用則解決了這個問題。不僅測量準確、方便，而且工作效率高。所以說GPS技術在公路測量行業(yè)具有廣闊的前景，還需要我們不斷探索。

　　2.GPS的構成

　　GPS主要有三部分構成分別是：①空間部分即GPS衛(wèi)星；GPS的空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。可以做到在地球的任何地點。任何時刻，在高度角15°以上，平均可以觀測6-8顆衛(wèi)星。②控制部分即地面監(jiān)控系統(tǒng)；GPS的地面監(jiān)測系統(tǒng)分別由一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站組成，主要工作內容是計算衛(wèi)星的軌道參數(shù)、種差參數(shù)等，并將其進行存儲。③用戶部分即GPS信號接收機。GPS用戶裝備比較簡單，由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設備組成。GPS接收機可接受衛(wèi)星信號，并對信號進行交換、放大、處理，得出GPS接收機所在的三維坐標。

　　3.GPS測量道路工程的技術特點

　　GPS能代替常規(guī)的測量方法，肯定有優(yōu)于其他測量工具的特點，總結來說，GPS的技術特點有：

　　3.1改變了測站之間必須要相互通視的現(xiàn)狀

　　GPS要求測站上的空間必須開闊，沒有障礙物，這是為了方便接受衛(wèi)星信號。但是并不要求測站之間相互通視，這種是GPS優(yōu)于其他測量工具的重點特點【1】。解決了測量學上測站必須通視這一難題。

　　3.2定位精度高

　　使用GPS進行測量可以發(fā)現(xiàn)GPS的定位精度十分高，很多部分的測量都能達到厘米級的精度。而且GPS的測量精度不受距離的影響。反而距離越遠精度越高，這種優(yōu)點才使得GPS在道路工程測量中倍受青睞。成為不可代替的道路工程測量工具。

　　3.3 GPS觀測時間相對較短

　　使用過GPS進行測量的工作人員都可以體會到GPS測量時間短的優(yōu)點，測量時一般只需要40min左右【2】。而采用快速靜態(tài)的RTK技術使用的時間更短。

　　3.4操作簡便

　　GPS的自動化程度高，操作十分簡單。有時候對于新的測繪人員只需要進行簡單的培訓，熟練后就可以進行道路測量工作。不同于全站儀的復雜，同時全站儀測量時還需要記錄很多數(shù)據(jù)。使用起來十分復雜繁瑣。

　　3.5對工作環(huán)境要求低

　　GPS能夠全天觀測，不受氣候，地域等的影響。在道路工程測繪中如果出現(xiàn)天氣驟變，也可以進行，不需要中斷測量。

　　4.RTK技術在公路測量中的應用

　　4.1 RTK（實時動態(tài)）定位技術簡介

　　RTK定位技術是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS技術，他是GPS技術發(fā)展的一個新突破，在道路測量中有著廣闊的應用前景。在實際工作中，無論是動態(tài)定位還是靜態(tài)定位，由于測量工具不能做到實時定位而導致數(shù)據(jù)滯后，就會造成測量數(shù)據(jù)的誤差，需要不斷地返工測量【2】。通常為了解決這個問題，都會延長測量的工期。而GPS測量可以有效地解決這個問題。

　　解決這個問題的方法就是GPS中的RTK技術。RTK系統(tǒng)由GPS接收設備、無線電通訊設備、電子手薄及配套設備組成。整套設備在輕量化、操作簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。

　　在測量中，選擇點位精度較高的首級控制點作為基準點，通過安置一臺接收機作為參考站，從而對衛(wèi)星進行連續(xù)測量。另外為了保證計算機可以基準站的觀測數(shù)據(jù)，必須建立無數(shù)數(shù)據(jù)通訊來作為傳輸實時動態(tài)測量的數(shù)據(jù)【3】。一般來說，當流動站的接收機在接收到衛(wèi)星訊號的同時，也要獲得無限數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，之后通過計算機進行計算，得到觀測點的精確數(shù)據(jù)，提高了道路工程測量的效率。

　　4.2 RTK的應用模式

　　實時動態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣等前端數(shù)據(jù)采集。

　　4.2.1快速靜態(tài)定位模式

　　要求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標，如果解算結果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設計要求，便可以結束實時觀測。一般應用在控制測量中，如控制網加密；若采用常規(guī)測量方法(如全站儀測量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難，而采用RTK技術可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10min，隨著技術的不斷發(fā)展，定位時間還會縮短，不及靜態(tài)測量所需時間的五分之一，在公路測量中可以代替全站儀完成導線測量等控制點加密工作。

　　4.2.2動態(tài)定位模式

　　測量前需要在一控制點上靜止觀測數(shù)分鐘(有的儀器只需2～10s)進行初始化工作，之后流動站就可以按預定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可以達到厘級。動態(tài)模式測量靈活，可以完成除道路測量之外的地圖測繪、中樁測繪、工程橫斷面測繪等等工作，而且測量精度也十分高。具有全站儀等測繪工具不可比擬的優(yōu)點。

　　4.3 RTK技術的優(yōu)點

　　RTK技術在測量中精度可達到厘米級，而且作業(yè)效率很高。例如流動站小組作業(yè)，每小組(3～4人)可完成中線測量5～10km。若用其進行地形測量，每小組每天可以完成0.8～1.5km2的地形圖測繪，其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的【2】。徹底擺脫了因為誤差而經常進行的返工測量。同時在小組測量的同時可以順便完成之前要專門完成的中平測量工作。另外RTK技術還可以全站儀相結合進行測量。

　　5.小結

　　本文通過對GPS技術在公路測繪中應用研究，總結出GPS在道路工程測繪中所體現(xiàn)出來的優(yōu)點，包括技術優(yōu)點和測量中體現(xiàn)的設備優(yōu)點。由此可知GPS的測量是不受天氣變化，地形差異的影響的，它在道路工程測量中的使用大大提高了測量的精確度，解決了測量以往存在的一些困難點，而且具有操作簡便，自動整理數(shù)據(jù)等特點。所以說GPS在道路工程測量中應用的前景是不可小覷的，我們作為道路工程測量人員應該努力挖掘GPS的使用方法，使之能夠發(fā)揮更大的作用，進一步提高道路測量工作的效率。

　　文獻綜述：

　　暢福善.GPS在公路測量中的應用[J],微計算機信息，2008

　　徐邵全，張華海等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2006

　　[3] 盧孝益.GPS在公路工程測量中的應用，浙江省交通規(guī)劃設計研究院，2011

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