GPS在道路工程控制测量中的应用

毕田辉

摘 要： 美国研制并在1994年投入使用的卫星定位与导航的系统是GPS（Global Positioning System）全球定位系统。GPS系统在测量领域之中已经广泛的应用于地形测量、大地测量、航空摄影测量以及工程测量等等各个方面，在国民经济的各个领域之中普遍存在了。重点介绍了GPS在道路工程控制测量中的应用。

关键词： 道路工程；GPS定位系统控制测量应用

中图分类号： F49

文献标识码： A

文章编号： 16723198（2013）06015802

0 引言

测量系统GPS技术具有全天候、全球性、高精度和点间无需通视等优点，已经广泛应用于道路测量之中，尤其是动态GPS的产生较原来的静态GPS具有更强的实用性和灵活性，给道路测设工作带来了更大的改变，从而大大的提高了测设工作的速度和精度。我们于2006年初引进徕卡GPS500测量系统，其中GPS接收机为SR530双频RTK型接收机，则需要使用SKI-Pro专业静动态后处理软件包，基线精度优于3mm+1ppm—5mm+lppm，与此同时还能够在4—5颗卫星的情况下实现快速动态初始化。与此同时则可以通过实际应用证明其在数字化地形图的测绘、工程放样、平面控制测量等工作中具有极强的优越性。

1 GPS在道路工程控制测量中的测设原理

GPS全球定位系统（Global Positioning System）的应用主要是靠GPS系统向全球任何用户全天候地连续提供高精度的时间信息、三维坐标和三维速度等等一些技术参数在最近几年的道路工程测量之中得到了快速的推广。

1.1 GPS的工程原理

首先我们假定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点q至卫星之间的距离，那么q点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点q至另一卫星的距离，则q点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定q点只能是在三个圆球相交的两个点上。可以很容易排除其中一个不合理的位置根据一些地理知识。当然也可以再测量q点至另一个卫星的距离，也能精确进行定位。通常采用两类坐标系统在GPS测量中，一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，另一类是在空间固定的坐标系统。

1.2 GPS系统的组成

对于测量用户有卫星接收设备和GPS全球定位系统，而GPS全球定位系统则是由地面监控和空间卫星群系统两大部分组成的。

1.2.1 GPS的用户

GPS作用则就是接收GPS卫星发出的信号，同时利用信号进行导航定位等，一部分是由GPS接收机及相应的用户设备如气象仪器、数据处理软件、计算机等等组成的。例如：在控制测量之中我们使用的天宝（Trimble）GPS测地型接收机的技术指标能够充分的满足了控制测量的精度要求为：无需接线、独特的电池设计，还要使用5h以上；双频主机、天线、RTK电台等要一体化；新型薄式控制器，4M或10M的PCMCIA数据存储卡；测量精度：5次/秒的快速位置更新，可靠的卫星“超跟踪”技术；静态测量5mm+11pm； RTK测量10mm+1.1pm（平面）；20mm+1.1pm（高程）。

1.2.2 间卫星群

GPS的空间卫星群在6个轨道面上均匀的分布，地球赤道和轨道的倾角为55°左右，各个平面之间的交角为60°左右，卫星的轨道运行周期为11小时58分01秒左右，由24颗高约20万公里左右的GPS卫星群组成的，这样可以保证可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号在任何地点和任何时间地平线上。

1.2.3 GPS的地面控制系统

GPS的地面控制系统包括五个监测站，监控站的作用是监测卫星工作状态，接收卫星信号。三个注入站，注入站的作用则是将主控站计算的数据注入到卫星中去是。一个主控站，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，同时还要将这些数据通过注入站注入到卫星中去；此外还要向卫星发布指令，对卫星进行控制，调度备用卫星等。

2 GPS在道路工程控制测量中的具体实施

（1）全天候作业。GPS观测一般来说则是会受到天气状况的影响，可以在任何时间，任何地点连续地进行。

（2）测站之间无需通视。测站间一直相互通视选点促使更加方便灵活。如果想要接收GPS卫星信号不受到干扰则在测站上空必须开阔的。

（3）位精度高。一般红外仪标称精度为5mm+5ppm，而双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，红外仪与GPS测量精度相当，GPS测量优越性伴随着距离的增则就会愈加的突出。许多实验证明了，在100～500公里的基线上其相对定位精度可达10-6～10-7，如果是在小于50公里基线上可达 12×10-6。

（4）简便的操作。GPS测量的自动化程度很高。目前对于其它的观测工作来说如跟踪观测，卫星的捕获等则均是由仪器自动完成的。但对于GPS接收机已操作趋小型化和傻瓜化，观测人员则只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源就可以进行自动观测，这样就可以求得测点三维坐标利用数据处理软件对数据进行处理。

（5）提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置还可以精确测定观测站的大地高程。

（6）观测时间短。在采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般都是在30～40min左右，如果要采用快速静态定位的方法，观测的时间则就会变得更短。在道路工程的控制测量上我们通过对GPS测量的应用事例的探讨，就可以看出来GPS具有很大的发展前景：

（1）对于GPS作业来说非常的适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等，且有着极高的精度。而且还不会受距离和环境限制。

（2）GPS测量可以提高作业效率，还可以减少野外砍伐工作量，极大地降低劳动作业强度。

（3）GPS测量是不会受人为因素的影响。整个作业过程则全都是由计算机技术、微电子技术控制，自动平差计算、自动记录、自动数据预处理。同时还大大的提高了工作及成果的质量。

（4）GPSRTK技术能实时地得出所在位置的空间三维坐标非常适合桥、路线、隧勘察。而且它还可以直接进行实地实时放样、点位测量、中桩测量等。GPSRTK技术将会彻底的改变道路测量模式。

（5）在当前道路工程逐渐向山岭重丘区发展的形势下GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。实施常规的几何水准测量有困难的原因是往往由于这些地区地形条件的限制，这样GPS高程测量无疑是一种非常有效的手段。

3 结束语

GPS测量是一项要求严格技术复杂的工作，实施的原则是尽可能地减少人力、时间及经费的消耗以满足用户对测量可靠性和测量精度等要求为前提。因此，对其各阶段的工作这就要求对这项工作必须本着精心设计、精心组织和精心实施的态度进行。道路工程的控制测量上GPS具有很大的发展前景，它的作业非常适合于局部重点工程地区、地形条件困难地区等，而且还不会受距离和环境限制。也不会受人为因素的影响。整个作RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。GPS还可以直接进行实地实时放样、点位测量、中桩测量等，非常适合桥、路线、隧道勘察的。GPS测量可以提高作业效率，还可以减少野外砍伐工作量，极大地降低劳动作业强度。GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。

参考文献

[1] 武丰雷，田永明，吴闯.GPS在济南市北园大街道路建设工程控制测量中的应用[J].城市勘测，2010，（1）：7678.