1、浅谈 GPS系统及其在公路测量中的应用 【摘要】随着我国交通事业的不断发展，对路线勘测提出了更高的要求，GPS 测量系统具有高精度、快速度、低费用等优越性，因此，在公路建设中得到广泛了的应用。本文结合 GPS系统测量技术具有的优势，介绍了公路常规测量技术的缺陷，分析 GPS测量定位原理，对 GPS系统在公路测量中的应用进行了分析和探讨。 【关键字】 GPS 系统公路测量 高精度 引 言 由于 GPS 测量系统技术具有高精度、快速度、低费用等方面的优越性，这些优点有助于提高工作效率，所以在各行各业中，都可以看到 GPS技术的应用，尤其在公路测量中的应用。在高速公路具有车速高、全封闭、对线性标准要
2、求高等特殊性，而在高速公路的沿线所经过的地形复杂、通视度不好，这些工程往往是公路建设的重点路段，同时，也给相关施工人员带来了新的挑战，所以，在公路测量工作中引入 GPS技术进行控制测量，起到事半功倍的效果。 1、常规测量的缺陷 常规测量方法的规范对附合导线、闭合导线长及结点导线间的长度等有着严格的规定，一般对于高等级的公路测量均要求达到一级导线的要求。在这样的规定下，导线附合或闭合的长度最长不能超过 10 千米，结点导线的结点间距不得超过附合导线长度的 0.7倍。这种严格的测量要求在实际的测量作业中一般难以达到，往往会出现超规范作业现象。 测量过程中所搜集到起算点，一般很难保证为同一测量系统的
3、测量起算点，国测、军测、城市各种控制点通常混杂一起，这样就存在系统间的严重的兼容性问题，如果在测量中选择了不能兼容的起算点，就 会严重影响到测量质量。地面间测量点之间的通视困难往往就影响了常规测量的实施，一般测量路线的控制点要求布设在距路线 300米的范围内。由于通视障碍的原因，这一条件在实际测量过程中通常难以满足，甚至在一些大范围的密林、密灌、青纱帐或居民区等地区，根本就无法实施常规控制测量的要求。 2、 GPS 系统测量的优势 （ 1）各测站之间无需进行通视。传统公路测量过程中各测站间相互通视一直是测量学的益达难题。 GPS 系统应用卫星传授信息技术，使得测量工作的选点变得更加灵活方便。
4、（ 2）定位精度较高。一 般红外仪标的测量精度为 5mm+5ppm，而双频 GPS 接收机基线解的精度达到 5mm+1ppm， GPS 的测量精度虽与红外仪相当，随着测量距离的加大， GPS 测量的优越性也就愈加突出。 （ 3）观测时间较短。 GPS 系统在应用于测量的过程中，在小于 20 千米的短基线上，进行快速相对定位一般只需 5 分钟的观测时间。 （ 4）能够提供三维坐标。 GPS 系统在继续测量时，在精确的测定观测站平面位置的同时，还可以精确的测定观测站的大致高程，并提供三维坐标。 （ 5）操作简单。 GPS 测量具有较高 的自动化能力，在进行观测中测量员的主要任务是安装并控制开关仪器
5、、量取仪器和监视仪器的工作状态，而其他的观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均可以由仪器自动完成。 3、 GPS 测量定位原理 3.1 GPS 定位分类 GPS 定位分绝对定位和相对定位两种。 绝对定位绝对定位是利用 GPS 独立确定用户接收系统在地心坐标系中的绝对位置， GPS 是采用距离交会法的卫星定位系统，以 GPS 卫星与用户接收天线之间的任何距离观测量为基础，并根据卫星的瞬时坐标，以确定用户接收天线所对应的点位，即观测站 的位置。应用 GPS进行绝对定位，根据用户接收机天线所处的状态，可分为动态绝对定位和静态绝对定位。 GPS相对定位，亦称差分 GPS定位，是目前 GPS定位中精度最高的
6、一种定位方法，其原理为：用 2台 GPS用户接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的 GPS卫星，以确定基线端点在地心坐标系中的相对位置。在控制测量、工程测量以及变形测量中都采用相对定位的方法。 3 2 GPS 的测量方法 GPS 的测量方法主要取决于 GPS 测量的作业模式，不同的作业模式，其作业方法、观测时间及应用范围都不同 。当前， GPS 静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图、路线平面、纵断面测量提供的依据，在施工阶段为桥梁、隧道建立施工控制网是比较普及的，而且实时 GPS 动态测量即 RTK 定位技术也被逐渐应用到公路测量中。 RTK 定位技术既保留了
7、 GPS测量的高精度，又具有实时性。所以 RTK技术可以用于施工放样当中，而经典的 GPS 测量则不能进行施工放样。 实时动态 (RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分 GPS技术，它是 GPS测量技术发展的一个新突破，无论静态定位还是准动态定位等定位模式 ，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常需要往返重测由于粗差造成的不合格观测成果，这就降低了 GPS测量的工作效率。而实时动态定位 (RTK)技术建立了无线数据通讯，取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测
8、，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基地上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度，这样就可以实时监测待定点的数据观测质 量和基线解算结果的收敛情况，从而减少多余的观测，提高了工作效率。 4、 GPS 系统在公路测量中的应用 4 1 GPS 在公路测量中的静态观测 静态观测指的是有两台或两台以上的接收机同时进行接收卫星信号，在卫星信号的处理下，可以很容易计算出两点在 WGS-84 地心坐标系的三维坐标差，计算准确，在其中一点的坐标值信息基础上，可以将另一点的坐标准确推算出来，由于静态相对定位系统的特点是准确度和精度高，所以在形变
9、监测、大地监测以及城市与工程控制领域内得到广泛的应用和推广。GPS 的主要技术指标 参数如下表 1 所示。 4.2 应用于道路的中线放样 GPS 实时测量，只要把中桩桩号输入到 GPS 电子手簿中，系统软件能够自动定出放样点的点位及坐标，考虑到每个点的都是独立测量的，不会产生累计误差，各点放样精度一致度高，对于工程来说这很重要。道路路线构成形态主要是直线、曲线或圆曲线等等，利用 GPS进行放样时，只需先输入各主控点桩号，然后输入起终点的直线距离、方位角、圆曲线半径、曲线距离等相关数据，就可以完成放样，所有工作都交给由 GPS电子手簿来完成，实施中简便且实用。 4.3 公路纵、 横断面测量 公路
10、中线确定完成后，可以利用中线桩点的坐标，通过计算机绘图软件，就可给出路线纵断面和各桩点的横断面的状态分布。同样，由于所用的数据都是在测绘地形图的过程中所采集来的，因此就不需要再到现场进行再次的纵、横断面测量，从而大大减少了外出测量工作的作业量。此外如果需要进行现场断面的测量时，也可采用动态的 GPS 测量方法。这种 GPS 动态测量方法与传统的测量方法相比，在精度、成本、实用各方面都具有明显的优势。 5、结束语 近年来， GPS 精密定位技术已在我国得到广泛应用。在大地测 量、工程测量、航空摄影测量、地形测量、变形监测等许多方面都取得了良好效果和成功经验，充分地证明了 GPS 精密定位技术的优
11、越性和巨大潜力。随着GPS 系统技术的不断进步和成熟 , 它的高精度、速度快以及可靠性等优点，这种先进的测量技术手段被更广泛地应用到我国公路勘测工作中去 ,为我国公路测量提供更高的技术支持，为公路测量的工作速度和精度的提高做出了卓越的贡献。 GPS 定位技术在公路测量中得到了普及和广泛地应用，相应的测量作业人员的工作量减轻了很多，随着实践过程在应用中的摸索， GPS在公路测量中思路、操作方法及和工作流程 也在逐步科学化、规范化。 【参考文献】 独知行，刘智敏 .GPS 测量实施与数据处理【 M】 .北京：测绘出版社，2010.7. 贾军 . GPS 与高等级公路测量【 J】 .山西能源与节能 , 2005, (1) 王彩霞 ,薛建成 .GPS 在公路测量中应注意的问题【 J】 .交通标准化 ,2003,(8). 胡伍生 GPS 测量原理及应用【 M】 .北京：人民交通出版社， 2002 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
