GPS在道路工程控制测量中的应用

摘要：道路工程一般由桥梁工程、路基工程、沟涵排水工程、隧道工程等附属工程组成。GPS测量技术以其定位精度高，测站之间无需通视，观测时间短，操作简便，实时监测，并能提供三维坐标的特点，在道路施工测量中发挥了无可比拟的优势，并逐渐取代传统测量方法。

关键词：GPS测量技术；道路施工；工程控制

中图分类号：P228文献标识码： A

一、GPS控制测量

GPS控制测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中：外业工作主要包括选点(即观测站址的选择)、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：技术设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与处理。

作业方法：采用两台(或两台以上)接收机，分别安置在一条(或数条)基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按GPS测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段长度根据测量等级确定。定位精度：基线测量的精度可达±(5mm＋1ppm×D)，D为基线长度，以公里计。作业要求：采取这种作业模式所观测的独立基线边，应构成闭合图形(如三角形、多边形)，以利于观测成果的检核，增强网的强度，提高成果的可靠性和精确性。适用范围。建立国家大地控制网(二等或二等以下)。

建立精密工程控制网，如桥梁测量、隧道测量等；建立各种加密控制网，如城市测量、工程点测量、道路测量、勘界测量等；观测中至少跟踪四颗卫星，同时基线边一般不要超过15km。

二、GPS在道路工程控制测量中的测设原理

GPS全球定位系统（GlobalPositioningSystem）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、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。

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。

3、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。

4、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。

三、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、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：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。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。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。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。

四、在公路工程中GPS技术的应用

1、应用静态测量技

GPS测量的精准度较高，几乎不受环境与距离的影响，适用于一些地形情况较差的山区和关键工程区等领域，GPS的测量计算主要是由计算机来完成的，因此缩减了人员的工作量，大大降低了工作人员的劳动作业强度和失误率,使工作效率和质量得到了进一步提高，统计相关数据表明，运用GPS技术测量后的工效要高出常规测量手段3倍；GPS技术的平面测量与高程测量的准确度是相同的,在以后将建设更多的山岭公路，传统的几何测量手段已经无法满足要求，在山区建设公路GPS技术必定是最佳的测量方法。

2、RTK技术的应用

2.1静态定位

静态定位技术要求在每个流动站点都要有GPS的接收机，一边静止观测，一边接收太空卫星及基准站的同步观测数据，对测站的三维坐标和一周的未知数进行解算，当测量的精准度符合标准，解算的结果变化稳定，此时才能够结束观测工作。此类测量方式主要用作加密控制网，如采用原始的测量手段，其影响的客观因素太多，在一些条件较为恶劣的地形上很难进行，然而运用RTK技术能够使这些问题得到有效解决。随着科技的不断进步，测量定位所用的时间将会更短。

2.2动态定位

在实行测量前应要做好前期准备工作，也就是先在控制点观测一段时间然后流动站按照先前所设定的采样实施自动观测，并结合基准站的同步观测数据，以此来确定采样点位置。在现在，定位的精度十分高，可以精准到厘米，动态定位技术具有许多常规的测量仪器所没有的独特处，它可以独立完成纵横断面测量、地形图测绘以及中桩测量等,动态定位技术在公路工程测量中有广阔的前景。

结束语

在现代公路工程控制测量中，由于其自身的一些特点和其它的原因，存在工作量大和施工较为复杂的现象，同时其测量的标准相应的提高了不少，传统的测量方法已经无法全面的满足这些要求，所以，需要引进最新的公路工程测量方法。将GPS全球定位技术应用于公路测量的工作当中，可以不受地形环境的限制，并且具有精度较高、速度较快、人员工作量少以及全天候工作的特点。GPS的应用使作业的方法与勘测的手段都发生了改变，不但让勘测的效率得到有效提高，还进一步促进了我国经济的发展。

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作者简介

顾惠敏(1985-)男，江苏省靖江人，助理工程师，本科，研究方向：工程测量。