1、浅谈 GPS 测量应用技术在道路工程测量中的应用摘要：GPS 全球定位系统是美国研制并在 1994 年投入使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的各个领域。在测量领域，GPS 系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。本文主要对在道路工程测量中应用 GPS 技术作简单报告。 关键词：道路工程；GPS 定位系统；测量；应用 Abstract: GPS global positioning system (GPS) was developed and put into use in 1994, is an American satellite navigat
2、ion and positioning system. Its application has been throughout the various fields of national economy. In the field of measurement, GPS systems have been widely used in geodesy, engineering surveying, aerial survey and topographic survey and other aspects. This paper mainly on the application of GP
3、S in road engineering measurement technology to make a simple report. Key words: road engineering; GPS positioning system; Measurement; application. 中图分类号：TU198+.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 随着公路等级的提高与特大型桥梁的建设，对道路、桥梁的勘测、设计、施工、管理也提出了越来越高的要求。道路及桥梁的勘测、施工测量作为工程测量的一个重要分支，其技术方法也随着测绘技术的发展得到迅速发展，各种现代测绘新技术正
4、在这些领域发挥越来越大的作用。GPS 技术在交通领域站有重要领域。 一GPS 测量技术的原理及方法 1GPS 测量技术的原理 GPS 测量技术的基本原理是以测量中的距离交会定点原理为相关依据的，通过空间分布的卫星及其与地面测量点之间距离的相互交会，从而获取地面测量点的三维坐标位置。由于 GPS 系统由空间、地面控制和相关用户三大部分组成。其中，空间部分为 GPS 卫星，地面控制部分为地面监控系统，用户设部分则为 GPS 信号接收机。因此，对 GPS 测量技术工作原理的理解可以简化分为绝对定位和相对定位两种。 （1)绝对定位原理 视 GPS 卫星为己知点，在待测点设置 GPS 接收机，在某一时刻
5、同时接收到 3 颗或 3 颗以上的卫星所发出信号时，对其所测得数据进行处理和计算。从而求得该时刻接收机测站点到卫星距离，并根据卫星星历查到该时刻 3 颗卫星三维坐标，再由相关公式求得待测点三维坐标。再加上，GPS 系统能保证地球上任意一点在任意时刻都可以同时观测到 4 颗卫星，为 GPS 卫星对相关观测点的经纬度及高度的采集提供了保证从而实现了 GPS 测量技术的导航、定位、授时等相关功能。 “ （2)相对定位原理 用两台 GPS 用户接收机分别安置于测量基线的两端，对相同的 GPS卫星进行同步观测，从而测量基线的端点在 WGS 一 84 坐标系中的相对位置。 2.GPS 的测量方法 GPS
6、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。目前，作业模式主要有静态定位、快速静态定位、准动态定位和动态定位等几种。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 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
7、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，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
8、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。 二GPS 技术在道路工程测量中应用的优势 1GPS 作业有极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。 2GPS 测量可以提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动进行数据预处理、自动平差计算。 3GPS、RTK 技术将彻底改变道路测量模式。RTK 能实时得出所在位置的空间 3 维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧道勘察，它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。 4GPS 测量可以极大地降低劳动作业强
9、度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般 GPS 测量作业效率为常规测量方法的 3 倍以上。 5GPS 高精度高程测量同高精度平面测量一样，是 GPS 测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下。往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS 高程测量无疑是一种有效的手段。 三GPS 在道路工程测量中的应用 GPS 测量具有高精度、高效率的优点，在测量领域得到广泛应用。随着 GPS 接收机性能和数据处理技术的逐渐完善，GPS 应用领域不断拓宽。实时 GPS 测量(RTK)在道路工程测量中可以完成多种工作。 1.大比例地形图的绘制 大多高等级道
10、路的选线是在 l：1000 或 1：2000 的大比例尺带状地形图上进行的。用传统方法进行测图时，需要先建立高等级公路工程的控制点，然后进行相关碎部的测量，从而实现大比例尺地行图的绘制。采用传统的方法，不仅工作量大、速度慢，而且需要花费的时间也较长。而应用实时 GPS 动态测量技术，即 RTK 技术，只需在道路沿线的每个碎部点上停留 12 分钟，即可获取到各碎步点的坐标和高程，并与工程控制输入点的具体特征编码及属性信息相结合，以实现带状所有碎部点的数据的构成，通过绘图软件的运用，在室内便可绘制成图。因为只需进行碎部点坐标的采集及其属性信息的输入操作，加上采集的速度快，从而使得测图难度得到了很大
11、的降低。因此，在大比例地形图的绘制上应用 RTK 技术，既省时又省力。而且非常实用。 2.布设控制网 用 GPS 建立控制网宜用静态观测，因其精度最高。GPS 点位之间不需相互通视，而传统的测量方法中点位之间必须相互通视，否则就无法进行观测，显然，用 GPS 布设控制网是最理想的。 3道路的中线放样 由于在大比例带状地形图上进行定线后，还需将道路中线在地形图上标定出来。而采用实时 GPS 测量技术，则只需将相关中桩的桩号输入到 GPS 系统中，其系统软件就会自动定出道路中线放样点的坐标及其点位。而且每个点的测量都是独立完成的，因而测量中不会产生累计误差，使得各点放样精度趋于一致。再加上，道路路
12、线的构成形式主要有由直线、缓和曲线、圆曲线两种形式。因此，只需将各主控点桩号和起终点的方位角、直线段距离、缓和曲线距离、圆曲线半径输入 GPS 系统中，即可完成放样，而且所有的工作程序都是由 GPS 系统自动完成的。因此，应用 GPS 测量技术于道路的中线放样，与传统的弦线拨角法相比，简单实用并且要快速得多。而在需要在各直线段和曲线段间进行加桩时，则将加桩点的桩号输入 GPS 系统即可，GPS 系统可自动完成相关的所有工作。4.道路的横、纵断放样 在横断放样时，得先需要对横断面的形式进行确定，再把其路肩宽度、边坡坡度等有关的设计数据输入到 GPS 系统中，使得系统生成一个工程施工测设放样点的文
13、件，并存储起来，因此可以随时现场进行放样测试。 而在道路纵断放样时。则需要先把其直线正负坡度值、竖曲线半径等有关的设计数据输入到 GPS 系统中，使得系统生成一个工程施工测设放样点的文件，并存储起来，因此可以随时现场进行放样测试。 5.变形监测 变形监测要求的精度更高，比一般工程控制测量精度要高一个数量级，达到毫米级精度。随着科学的发展，对 GPS 测量技术研究的深入，GPS 也可在变形监测领域中得到广泛的运用。 结语 GPS 系统在道路测量中具有很大的发展前景。用 GPS 进行外业测量不受环境和气候的影响，而且还有着极高的精度。特别是在一些地形条件比较复杂的地区，用 GPS 测量更显出其无比的优势。显然用 GPS 测量代替传统的测量无疑是一种非常有效的办法。 参考文献： 1袁安存全球定位系统原理与应用M大连：大连海事大学出版社，1999 2邓中卫GPS 技术、应用与市场M北京：北京航空工业出版社。1996 3刘大杰，施一民，郭静君全球定位系统(GPS)的原理与数据处理M上海：同济大学出版社，1996
