ＧＰＳ在道路勘测中的应用探讨

师繁伟

摘要：GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，依赖其优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。目前，GPS技术已经被广泛的应用于公路测量的各个方面，给这一领域传统的野外测量作业带来了巨大的冲击，针对实际工作状况，学习和使用这一先进技术将会带来很好的经济、社会效益，也将显著提高野外测量技术水平。

关键词：GPS；静态测量模式；动态测量模式；道路测量领域

引言

GPS全球定位系统(Global Positioning System)在公路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主

要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下GPS系统的组成，工作原理以及在测量领域的应用特点，以更好的为公路建设服务。

1 GPS系统的组成

GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。空间卫星群GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。

GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。在测量领域，随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。

2 GPS系统的工作原理

一般GPS测量模式可分为静态测量和动态测量两种模式，而静态测量模式又分常规静态和快速静态，动态测量模式又分准动态和实时动态，实时动态测量模式又可分DGPS和RTK方式。分别介绍如下：

常规静态测量。主要用于建立大地控制网、地壳运动监测网、长距离检校基线及精密工程控制网等。快速静态测量。主要用于控制网的建立及加密、工程测量、地籍测量等。准动态测量。此方法需进行数据后处理。实时动态测量：DGPS和RTK。基本原理是在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。移动接收站通过移动接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的三维坐标。DGPS通常称实时差分测量，精度为亚米级到米级，这种方式是将基准站上测量得到的RTCM数据通过数据链传输到移动站，移动站接收到RTCM数据后，自动进行解算，得到经差分改正以后的坐标。RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量，是GPS测量技术发展中的一个新突破。其工作原理是基准站将观测数据发送到移动站(不是发送RTCM数据),移动站接收机再采用更先进的在机处理方法进行处理,从而得到精度比DGPS高得多的实时测量结果。

GPS静态与快速静态测量已广泛应用于城市或工程控制网，与传统导线网、三角网相比具有全天侯、高精度、高效益等诸多优点。但GPS静态定位也有其不足,外业观测时间长，成果不能及时获取，精度不能及时反映，因此难免造成外业返工现象。而RTK实时动态测量克服了上述缺点，使控制测量更高效、更灵活。

3 GPS在道路测量领域的应用

3.1 GPS用于公路路线平面控制测量

公路平面控制测量基本采用导线形式，这包括附合导线、闭合导线、导线网形式，对于重要构造物如隧道、大桥、特大桥等，也有布设成三角网等形式。随着高等级公路的迅速发展，对测量技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用静态GPS测量技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。静态测量是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，可得到两测站间精密的基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终得到测点的坐标，静态测量采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级的精度。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。

3.2 GPS用于绘制大比例地形图测量

高等级公路选线多是在大比例尺、带状地形图上进行，用传统方法测图，先要建立控制网，然后进行局部测量，绘制成大比例尺地形图。其工作量大，速度慢，花费时间长。用实时动态测量，得到构成局部点的数据，在室内即可由绘图软件成图，由于只需要采集局部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，大大降低了测图的难度，既省时又省力。

3.3 GPS用于桥梁控制网的建立

隧道、桥梁控制网作为整个大桥建设的基础必须保证高精度和高可靠度，这种控制网的特点是网点间边长较短，点位精度要求却甚高。过去一般采用常规的边角网，为了达到高精度与高可靠度，一是要考虑网形结构的优化，另外就是要花相当的工作量进行网的观测，特别随着桥梁的跨径越来越大，常规测量仪器在测程上也逐渐不能胜任。近年来，在越来越多的大桥、特大桥的兴建中，相继应用GPS静态定位技术来建立桥梁控制网，取得了越来越显著的成绩，保证了点位的高精度和高可靠度。

3.4 GPS用于公路中线测设

设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，通过专用的软件，将路线数据输人Stepbyst手簿中，系统就会根据需要计算出任意点的点位，可以对任意桩号的中桩及边桩进行放样，由于每个点位的测量都是独立的完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。可以实时得到中线上任意点的桩号，方便的对公路中线测量进行必要的加桩。

3.5 GPS用于公路纵、横断面测量

采用RTK技术，可以在进行中桩放样的同时，直接测量出中桩高程，完成公路纵断面测量；可以同时进行横断面的测量，可以直观方便的得到任意桩号横断数据。

4 展望

全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。目前，GPS技术已经被广泛的应用于公路测量的各个方面，给这一领域传统的野外测量作业带来了巨大的冲击，针对实际工作状况，学习和使用这一先进技术将会带来很好的经济、社会效益，也将显著提高野外测量技术水平。

参考文献

[1]GB 50026-93，公路测量规范[S].

[2]JTJ/T 066-98，公路全球定位系统(GPS)测量规范[S].

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[4]刘大杰，施一民等，过静君.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].同济大学出版社，1996.

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