手持GPS在公路勘测中的应用

2012-05-31郭雁军赵胜利张云峰朱翊维

城市勘测 2012年5期

郭雁军，赵胜利，张云峰，朱翊维

(河南北斗测绘工程有限公司，河南郑州 450000)

1 测区概述

S206二级公路起点连新疆博湖县，终点至库尔勒市开发区，全长 80 km。地处东经 85°19＇～86°26＇，北纬41°33＇～42°14＇之间，地势北高南低，山势西高东低，形成倾斜的扇形绿洲。测区两头分别连接城区，居民住宅、行人车辆较多，且树木繁密。线路中间为戈壁、沙漠、高山、河流众多。我公司主要负责施工控制点测量、选址、埋设任务。

以往的这种测量工作，前期都能收集到充足的测绘成果，如起算点资料、1∶10 000地形图等，但新疆的测绘资料相对缺乏，给勘测工作带来了很大的难度。GPS-RTK技术虽然已十分成熟，但在查勘、选点工作中，设备附件较多，不便于携带，所以我公司在本次作业中引进了手持GPS。

2 手持GPS的主要性能特点

手持GPS由于操作简单、价格低廉，已在城市勘测、公路测量、灾害调查等诸多领域有了不同程度的应用。虽然在精度上无法与RTK接收机相比，但其像手机一样小巧、便于携带，用两节5号电池即可供电，接收信号的灵敏度高，给野外工作带来了许多方便。手持GPS具有的主要性能与特点:

(1)定位速度快:冷启动时间〈30 s;热启动时间〈15 s;当与上次定位距离远于300 km时，定位时间〈90 s。

(2)抗遮挡能力强:在城市、山区、森林中定位环境恶劣的情况下应用导航仪，会有GPS信号被遮挡。因此较强的抗遮挡能力与抗多路径能力是手持机的主要性能之一。

(3)低噪声、高精度:衡量一个手持机的定位精度最简便方法是将其放置于已知坐标点上，通过比较测量坐标与已知坐标差值，来分析外符合精度和噪声水平。

3 手持GPS的设置方法

3.1 位置显示格式

手持机中提供了多种格式，常用的有经纬度格式(hdd°mm＇ss.s″)和用户自定义坐标。可根据所用导航点的格式来定义。经纬度就是在WGS-84坐标系统下的坐标格式，在水准点的查勘工作中比较常用。如果选择用户自定义坐标，则需再输入中央子午线经度、投影比例、东西偏差、南北偏差，如表1所示。

坐标格式设置表1

3.2 坐标系统

一般选USER、WGS-84系两种，国内用户一般用USER(地方坐标系)。当选择USER时，要自定义用户坐标系(WGS-84-LOCAL)，给出WGS-84及用户坐标系统的各坐标系参数差。其中DX、DY、DZ是两系统在空间直角坐标系内坐标之差，即WGS-84坐标减去当地坐标，具体五参数详见表2。

转换参数设置表2

以上参数经过在新疆地区试验，导航精度为±3 m左右，完全满足查勘、选点要求。

3.3 接口认定

手持GPS可以设置3种接口模式。分别是:

(1)GRMN/GRMN:GARMIN专用传输协议。配合MapSource专业传输软件，可将经纬度格式和用户自定义坐标格式传输、下载。

(2)NMEA/NMEA:以国际标准 NMEA(一般为0183)协议输出卫星定位的有关信息。GPS手持机可以实时输出NMEA0183导航语句。

(3)RTCM/RTCM:接收RTCM SC-104实时差分校正数据，波特率9 600以下可调。

4 手持GPS主要功能键操作

(1)开关键:即电源键。轻按此键也可以启动屏幕背景灯，背景灯有三种不同的亮度状态，连续按电源键，可以选择合适的背景灯亮度。

(2)导航:按下导航键，可以在航点表中选择需要导航的点名，选择后进入导航屏幕，指示目前位置与其的方位与距离。当用户移动后，罗盘下面将显示航向、航速及当前航速到达目的地需要的时间。GPS每隔1秒更新1次当前定位信息，每一点的坐标和上一点的坐标数值比较，就可以知道前进的方向。

(3)航线:由内存中的各个航点组成航线，再由“地图”窗口中可实时看到自己与设计航线的相关位置，如偏线距，在线距，坐标等。这项功能与RTK接收机中的“线放样”类似，精度虽然无法与RTK相媲美，但手持GPS轻便、小巧、电量维持的优势也十分明显，非常利于线路选点工作。

5 导航功能的使用方法

导航是手持GPS最基本、最实用的功能之一。首先定义手持GPS的坐标系统和五参数，按照本文前面提到的方法逐个输入;然后使用Excel办公软件把需要导航的坐标点编辑成“Y坐标，X坐标，点名”的格式，并另存为CSV逗号分割值文件;最后使用配套的串口数据线发送到手持机中。这样就可以使用手持机选取坐标点进行导航，按照GPS电子罗盘指引的方向行走即可。

6 航线功能的具体应用

6.1 新疆博湖S206二级公路的选点要求

选埋的控制点位置应沿路线布设，距线路中心的位置宜大于50 m且小于300 m，同时应便于测角、测距及地形测量和定位放线。两相邻点位之间控制在500 m左右，在植被茂密、通视条件较差的地区，应适当增加埋石点，点位应尽可能沿线路两侧交叉布设，线路一侧连续埋石一般不得多于3个点。

6.2 以往的选点方法

当测区有小比例尺地形图(如1∶10 000地形图)时，作业员习惯于先将线路中线拐点坐标、里程展绘在底图上，然后带着图纸到测图现场选点，并把选取的点位标定在图纸上。但在无图可用的新疆地区这种方法就行不通。第二个方案就是使用RTK接收机的“线放样”功能，这个方法能满足选点要求，但是作业员的负担较大，因为RTK的自身重量大，还得带着备用电池，当靠近房屋和树林时卫星初始化很慢，再者目前都是坐车选点，带着2 m长的RTK流动杆也十分不便。根据以上情况，我公司最终选定使用手持GPS来完成此次作业。

6.3 航线功能的实际操作

首先用CAD软件将线路中线的坐标图解出来制作成文本文件，然后再传输到手持GPS中，点名就按线路的里程桩号定义，这时就形成“航点”。如:点名12+200，X=4 643 101，Y=474 394。直线段可按500 m传输一个点，曲线段可按200 m传输一个点，以保证线路形状。第二步就是进入手持GPS的“航线”菜单，依次选择“航点”，新建一条航线，如图1所示。新建完毕后就可进入地图子菜单，如图2所示。当前位置(三角形符号代表当前位置)和线路的相对位置就实时呈现在屏幕的电子地图上。作业员跟随电子地图的提示行走到设计位置选点即可，当一个点选定后，可以直接采集坐标，同时这个点也就出现在电子地图中，以供下一个点参考用。