GPS技术在公路测量方面的应用

孙存彪

鼎力建设集团股份有限责任公司贵州分公司

GPS技术在公路测量方面的应用

孙存彪

鼎力建设集团股份有限责任公司贵州分公司

GPS卫星导航定位系统以其精度高、速度快而在公路测量中应用较广。本文将从GPS系统组成及定位原理入手，从其测量方法研究中来探讨其技术优点，并结合公路工程测量实际，就其应用价值展开阐述，以促进公路测量工作效率的提升。

GPS技术；公路工程；工程测量；应用研究

GPS全球定位系统作为先进的卫星导航定位系统，在满足全天候、实时性、高精度三维导航及定位中发挥了重要作用。公路工程建设中的测量工作，在GPS精密定位技术的应用较广，特别是在线路定测设计上，利用曲线主点、中桩、桥位加桩、坐标放样等功能，具有更好的经济性和高效性优点。为此，结合GPS系统组成及定位原理，从其公路工程测量实践中的成功经验及优势进行总结，以挖掘GPS定位技术的精度和潜力。

一、GPS系统组成及定位原理

随着GPS定位技术自动化程度的提升，对于GPS精密定位技术的应用也日益广泛，尤其是在公路工程建设中，从公路项目选址、大地测量、地形测量及变形监测等方面的成功应用中，发挥了积极的作用[1]。总的来看，GPS系统由三部分组成，即空间部分、地面部分和用户设备部分。对于空间部分主要是与GPS相关联的工作卫星，由24颗卫星组成的定位体系，均匀分布在6个轨道上，与地球赤道倾角为55℃，轨道间平面交角60℃，平均离地距离为20200km，运行周期为11h58min。对于地面部分，主要是由五个地面站组成，其中主控站是对地面所有监控系统进行统一协调管理的中心，对于信息注入站的任务是完成对主控站信息进行注入到相应卫星的存储系统，以确保各注入信息的准确性，如卫星星历、导航电文、控制指令等；对于监测站主要是针对导航电文协助主控站完成相应的数据观测与记录。用户部分主要是GPS数据接收设备及相应的管理软件等组成，作为用户终端，其主要功能是接收来自GPS卫星的信号，并从导航及定位信息中将数据进行处理，并满足对卫星观测量的数据交互需要。从GPS定位原理来看，可以分为绝对定位和相对定位。对于绝对定位是借助于GPS系统，通过GPS用户接受系统与GPS卫星进行定位数据交互。对于GPS的绝对定位，还可以结合用户天线状态，分成静态绝对定位和动态绝对定位[2]。对于相对定位，也成为差分GPS定位。其原理是通过两台GPS用户接受终端，利用与GPS卫星之间的同步信号来分别计算用户基线端点的相对位置。通常在工程测量及变形测量中多采用相对定位方法。

二、GPS测量方法研究及优势总结

对于GPS在工程测量中的应用，其方法主要依据作业模式而采用相应的作业方法。通常分为静态定位、动态定位、快速静态定位及准动态定位四种[3]。对于静态及快速静态定位方法的测量，主要是通过GPS系统对工程勘测阶段中的地形、地面、线路、纵断面等进行测量。RTK实时动态定位技术在使用中以载波相位观测值作为差分基础数据，突破了实时差分GPS测量技术中无法对数据处理滞后而带来的定位结果重复检核，更能够从无线数据通信中来获得精度更高的控制点作为基准点，以一台接收终端来作为参考，进而实现对卫星数据的连续观测。对于另一流动接收机在信号接收的同时，也可以从无线传输设备上接收观测数据，并根据系统计算得出相对定位的三维坐标和测量值。如此一来，就可以大大减少观测周期，提升观测点的数据观测质量，提升观测效率。通过对GPS测量数据精度与常规测量的对比，GPS技术优势主要有：一是实现了GPS点位的独立运行，不需要对GPS点位进行相互通视，增强了测量的灵活性；二是定位精度大大提升，特别是利用载波相位技术进行定位，其精度可达1ppm；三是自动化程度更高，利用GPS技术进行测量，观测员只需要将接收机安装好，并对定位点天线高度、监视器状态、环境气象数据进行调试后，即可实现自动化监测和记录，从而增强了测量的便捷性；四是功能全，利用GPS测量技术能够对测定点进行平面位置及高程的测量，还可以进行RTK施工放样测量；五是工作效率高，通过GPS测量及时，可以采用静态定位对某一基线的观测时间、精度需要，进行快速静态定位观测，缩短时间至数分钟。而对于RTK放样测量，通常各个放样点只需要1-2s，流动站小组3-4人可以完成每小时5-10km的测量距离；若进行地形信息测量，则可以实现每小时0.8-1.5km2地面图形测绘任务。六是结合GPS卫星定位及合理分布，可以实现对任何时间、任何地点的连续观测，基本不受天气状况的影响。

三、GPS技术在公路工程中测量应用

在公路工程测量中，对于GPS的高精度、高效率优势的应用较为广泛，特别是实时RTK公路测量，其应用领域及效用更为突出。如在绘制大比例尺地形图中，对于公路选线测量如果选用传统测量方法，则需要进行控制网的布设，并进行碎步测量来绘制成图；而利用GPS动态测量，不仅节省测量时间，减少工作量，还能够利用GPS自动化技术实现快速有效测量。在布设公路控制网中，利用GPS静态观测，可以在不需要定位点相互通视的条件下即可完成布设控制网任务。在公路工程施工控制测量中，利用实时GPS动态测量技术，可以获得实时的、高精度的测量数据，减少工作强度。在公路中线放样测量中，可以利用实时GPS放样，对各中桩点坐标进行输入，系统会自动计算并得出放样点位。同时各放样点位都是独立的，也不会产生累积误差，因此在中线放样施工中应用十分便捷。对于公路纵横断面的测量中，也可以利用GPS技术开展野外实地采集断面数据，利用自动化技术可以完成纵断面、以及各桩号的横断面数据信息。总之，在利用GPS技术对公路测量任务的应用中，既可以克服传统测量方法的精度误差，又能从测量实时性、实用性上增强对复杂地理环境的准确测量。

[1]铁中彪,王国侠.GPS与RTK在控制测量中的应用[J].价值工程.2014(30).

[2]周新良.长远距离线路控制测量坐标系统的建立与统一[J].科技与企业.2012(14).

[3]李崇伟,花向红,杨克明,邱卫宁.GPS跨河水准拟合方法研究与工程实践[J].测绘地理信息.2014(06).