GPS测量在道路工程中的应用效果观察

吴春智

（福建同集工程管理有限公司，福建 福州 350600）

GPS全球定位系统是在近几年来在道路工程中得到了迅速应用和推广，主要取决于GPS系统能够实时的向全球所有用户提供高精度空间和时间的信息参数。因此，我们分析了GPS系统组成及工作原理以及GPS测量技术的优缺点，和如何在道路工程中实际应用。

1 GPS系统组成及工作原理的分析

GPS是由两部分组成，空间星群以及地面监控系统。此外，地面检测用户还有卫星接收器的终端设备[1]。GPS空间星群是由24颗距离地面20万公里的卫星群所组成，它们均匀的分布到6个轨道线路上，以确保GPS卫星所发出的信号在地球上的任何点位在任何时间可以接收到。

GPS系统不同于传统意义上的测量，是依靠卫星远程导航、现代计算机技术，结合实时通信功能，在很多工程项目上基本取代了传统测量仪器。在所测的点位假设安装GPS的接收装置，在某一时刻同时接收至少三颗的GPS卫星所发出的通信信息，通过三点坐标定位原理，可以得到假设GPS的接收装置与GPS卫星之间的距离。

GPS测量技术可以测定点的三维坐标，此方法可以拓展到海洋甚至是外层空间，既可以测量点位，也可以测量线距，同时可以满足点线面等动态需求，精度可以达到毫米级，在地球气象学、物理学、海洋学、交通等多个方面已经得到实践应用，已经超过利用传统工具测量方法的效果[2]。

2 GPS测量技术与传统测量技术的优势与缺点

2.1 GPS测量与传统测量优劣

利用传统方式测量方网格，点位之间因为无法通视，测量难度大、时间长、需要人手多，运输到测量地专业的测量仪器，提前准备和检查工作时间久，为保证测量准确要多次测量，因为天气和地形产生的误差同样要考虑进去，而运用GPS技术来测量方格网，解决了点位间无法通视的问题，在测量大型方格网的情况解决的传统测量运输相对较多专业测量仪器，而造成仪器破损失效的风险，GPS系统测量方式的优点极为明显。

道路工程对于精度的施工规范要求，GPS系统都能满足，采用点位中的误差比相比传统测量方式因工作现场而导致人为误差来表示精度指标更为科学合理，完全可以通过GPS方格网测量精度指标[3]。

GPS图形的强度系数很高，用GPS方法来布设控制网，优化道路网形方便，更有效地趋近点位速度；采用GPS实时动态差分法测设建筑方格网，单人可以完成有多台流动站作业，一人多操大大提高了工作效率，在工作人员经过有效的学习和培训，利用GPS测量事半功倍，降低工作带来的压力和强度。

2.2 GPS技术的缺点

前文说GPS系统组成是来自GPS卫星和地面接受装置，这两边装置出现问题，则测量结果一定不准，对道路施工进程会形成阻碍，倘若卫星端没有出现老化破损的情况，在接受装置方如果因为某些地区的不可移动障碍物对于信号的影响，直接会影响信号传播路径，计算过程中定会存在一些误差，比如盆地、丘陵、高原及白层高楼大厦因其过高导致的不可移动障碍。通过大量工程实践证明，GPS的精度可以满足一定程度的施测工程，但是如果要控制精确度到一定程度，则需要传统测量仪器辅助测量。

在GPS实时动态差分法测量之中，若选择的控制点不同，也影响观测测量的准确度。因为GPS是通过卫星和接收器之间传递，然后经过计算机数据处理后得到的点位坐标，所以当接收器因为各种原因受到干扰，所测的点位结果都会出现误差；GPS在测量旧城区的道路工程中因其设备老化，易受干扰是不能准确测量其实际点位。

作为现代新兴起的一门测量技术，GPS以及其相关的技术运用，还得不到统一标准的规范，目前，我国各个软件或电子厂商，如腾讯、高德或百度地图各自开发电子地图，软件之间无法兼容，比例以及操作方式各有一套方式[4]，我国相关部门还没有颁布应用于GPS的统一格式和规范，导致使用不同电子地图各得其法，还待有关部门进行探讨制定统一标准。

3 GPS测量在道路工程中如何应用

主要应用GPS静态功能和动态功能参与道路工程的测量，静态功能可以通过接受卫星的信息来确定某些点的三维坐标；而动态功能则是把移动点实时的投放到利用GPS已观测的地图之上，跟踪的观测目标自动由测量仪器完成。

3.1 GPS RTK测量技术

利用GPS测量在道路中应用，上文介绍过的实时测量差分法技术是道路工程中经常用到的技术手段，其英文名称为Real Time Kinematic，后文简称RTK，是一种新型且实用的GPS技术测量手段，相比传统RTK测量手段，利用GPS RTK测量可以避免因环境、天气带来测量的不利条件，更准确更实时的得到精确度厘米级的测量结果，随着导航卫星数量的增多[5]，会在测量精度上更进一步，将来在更多领域及领域的更深层次得到充分利用。

3.2 控制测量以及线路勘测

在道路工程中利用GPS RTK技术可以做到控制测量，当边长较长的道路工程中，动态观测15min以上会发现经计算机处理出的数据趋于稳定，用户根据实际需要来规定实际测量时间，通常在误差小于2μmD时基本可以确定数据，杜绝了传统测量多次检测避免误差，甚至因气候、环境出现物产返工的情况，提高工程进度。而且为后续线路勘测提供了便利，通过计算机对实地道路的处理，将模拟地图转化成数字化地图，直接利用相应的工程软件进行线路勘测，有利于科学化整理和数字化设计，通过将实物转化为数字模型很好的解决道路中有关数学参数的问题，不需要花费精力去现场勘查测量，利用GPS RTK技术比常规测量工具传统方法测量相比，降低工作量，减少了人力物力成本。

3.3 GPS RTK中线测量与施工放样

采用GPS RTK技术测量时，通过将中桩桩号传输到相应的工作软件中，软件会自动得到放样点的三维坐标，各个点位相对独立，经过多次传输，经过判断和分析，可以确定误差的存在性，当各个放样点数据趋同时，则可以根据数据判断其精确度，道路工程是至关重要的。

GPS RTK技术进行放样时，因为道路无外乎简单的曲线、直线以及环形图所构成，只要标好桩号起始点以及重点，测量或观察出道路线路间距离长度、曲率半径以及方位角各项数据，即可完成放样，这一切工作均在相关工作软件中来完成，容易上手，相比传统方法，利用GPS可以模拟实地场景并进行多次检验校对，不仅降低了工作强度，同时可以减少道路工程见习生的实习成本，也为培养道路工程人才提供便捷条件，有很高的的经济和社会效益。

4 结束语

综上所述，勘测技术应运时代发展而不断升级。高精度、高效、时效和不受恶劣气候干扰等诸多优点是使用GPS系统进行测量和数据整理所带来的优势[6]。9月23日，随着国内“一箭双星”的成功发射，第47、48颗北斗导航卫星进入太空，中国的北斗导航轨道卫星首次超过GPS，在卫星导航领域中国已经能和美国分庭抗礼，随着中国卫星导航的高速发展，卫星定位导航测量技术作为一种现代化的科学测量手段，将会在道路工程中扮演着越来越重要的作用。