1、1全球定位系统在公路工程测量中的应用摘要：在最近的几年，全球定位系统(Global Positioning System)在公路工程测量中的应用得到了迅速推广, 这主要依赖于 GPS 系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的 3 维坐标、3 维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下 GPS 系统的组成以及在测量领域的应用特点 , 进而对其在公路工程测量中的应用进行探讨。 关键词：全球定位系统；公路工程，测量 中图分类号：P228.4 文献标识码： A 1、系统的组成 GPS 系统由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。 1.1 GPS 空间卫星星座由 21 颗工作卫星和 3 颗
2、在轨备用卫星组成。24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面内，轨道平面的倾角为 55 卫星的平均高度为 20200Km，运行周期为 11h58min。卫星用 L 波段的两个无线电载波向广大用户连续不断的发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角 15以上， 平均可以观测 6 颗卫星，最多可达 9颗。 1.2 GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个检测站组成。主控站根据各检测站对 GPS 卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、种差参数等，并将这些数据编制成导航电文注入到相2应卫星的存储器中。 1.3
3、GPS 用户设备由 GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出 GPS接收机中心的三维坐标。 2、公路工程测量中使用 GPS技术特点 2.1 实时定位，准确。对导航用户而言,需要实时知道自己所处的位置。利用子午卫星系统要测若干段时间后才能获得定位结果;而 GPS技术利用实时的观测数据获得实时的定位结果,具有实时性。 2.2 定位精度高、速度快。在导航及测量领域,GPS 与常规方法相比,具有精度高、速度快、操作简单、自动化程度高等优点,
4、由此带来了很好的经济和社会效益。 2.3 无需通视。对常规测量而言,点与点之间只有通视才能进行测量,而 GPS用于测量的一个显著优点就是点与点之间无需通视,只要各测量点能接受到卫星信号就可进行定位,因此,可以避免许多过渡点,不仅给测量工作到来许多方便、节省许多费用,而且能够提高测量精度。 2.4 不受天气限制。无论是雨雪还是风雾的天气均可进行 GPS定位服务,因此,在恶劣气候环境下也能进行 GPS定位,保证用户在恶劣气候环境下按时顺利地完成任务。 2.5 操作简便。GPS 测量的自动化程度很高。目前 GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自
5、动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点3三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。 2.6 提供三维坐标。GPS 技术测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。 3.系统在公路工程测量工作中的应用探讨 公路工程的测量主要应用了 GPS 的两大功能 : 静态功能和动态功能。 3.1 静态 GPS测量技术在公路工程测量中的应用探讨静态 GPS 测量技术主要用于建立公路首级控制网 , 之后再利用其它测量方法进行加密的附合导线测量。控制网的 建立过程如下:第一步 :路线、GPS 点选址的初步勘察接到外业测量任务后 , 组织人员对路线的走向进行初
6、步勘察 , 查看沿线可选作 GPS 点的位置情况。调察路线附近高等级 GPS点以便进行联测。 第二步 :GPS点控制网的设计 GPS 控制网的布设应根据公路等级、沿线地形地物、作业时卫星状况、精度要求等因素进行综合设计。因为 GPS 控制网作为公路首级控制网时 , 需采用其他测量方法进行加密。故沿路线两侧每隔 5- 10km布设一对相互通视的 GPS点。 理论上 GPS点观测时只须在 3个 GPS点上架设 GPS仪同时观测即可确定这 3 个点的坐标。考虑到公路测量本身的特点采用 4 台 GPS 仪同时观测 4 个 GPS 点 , 这样可大大加快全线的测量速度。 第三步 :GPS选点、埋石选点应
7、按技术设计要求有利于采用其他测量方法扩展和联测。 4第四步 :架设 GPS 仪观测 4 个 GPS 点观测的共同时间、有效观测卫星总数等应满足规范要求。我们在外业的观测中规定观测时间不得少于 0.5h,有效观测卫星数不少于 4个。 第五步:GPS 观测数据的处理外业观测结束后将 GPS 中的数据传入计算机中 , 采用 相应的数据处理软件 ( 包括采集器与计算机通讯软件、基线向量处理软件、网平差及坐标转换软件 ), 及时进行数据处理和质量分析。过程可分为基线解算与检核、GPS 控制网平差 计算两个步骤。 第六步 :GPS控制网进行加密利用全站仪测量附合导线的方法进行首级 GPS 控制网 的加密作
8、业。将路线按 GPS 的分布分成若干段 , 每一段单独进行附合导线的测量 , 保证每一段附合导线起始于 GPS 点 ,终止于 GPS点。第七步 :导线点座标及平差计算将每段附合导线测量数据传输到计算机中进行角度、距 离平差得到最后结果。 3.2 动态 GPS技术在公路工程测量中的应用探讨动态 GPS 技术在公路测量中的应用主要表现在实时动态 (RTK) 定位技术在公路测量中的应用。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(RTDGPS)技术,它是 GPS测量技术发展的一个新突破,在公路工程中有广阔的应用前景。实时动态定位 (RTK) 系统由基准站和流动站组成 , 5
9、建立无线数据通讯是实时动态测量的保证,其原理是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准站上的观测数据 , 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。这样我们使用者就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况 , 根据待测点的精度指标 , 确定观测时间 , 从而减少沉余观测,提高工作效率。 动态定位模式在公路勘测阶段 , 可以完成地形测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。整个测量过程在不需通视的条件下,测量 13s,精度就
10、可以达到 1030mm, 有着常规测量仪器 ( 如全站仪 ) 不可比拟的优点。RTK 技术具有很大的优点 : 实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果(包括高程);彻底摆脱了由于粗差造成的返工,从而提高了 GPS作业效率;作业效率高,每个放样点只需要停留12s,流动站小组作业(13 人)可完成中线测量 510km。若用其进行地形测量,每小组每天完成 0.81.5(km)的地形测绘,其精度和效率是常规测量所无法比拟的;在中线放样的同时完成中桩抄平工作;应用范围广可以函盖公路测量 ( 包括平、纵、横 ), 施工放样 , 监理 , 竣工测量,GIS前端数据采集诸多方面;如辅助相应的软件,RTK
11、 可与全站仪联合作业,充分发挥 RTK与全站仪各自的优势。 对于工程单位来讲 ,GPS 静态定位和动态技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。生产过程中采用常规方法和 GPS 技术相结合生产流程可以极大的提 6高生产效率。随着 GPS技术特点是 RTK技术的发展,其初始化时间越来越断 , 跟踪能力也越来越强 , 精度越来越高 , 可靠性越来越强,有着良好的性价比。 4、结束语 GPS 全球定位系统（GlobalpositioningSys-tem）是美军发展建设的具有全球性、多用途、全天候优势的导航定位、定时、测速系统。目前，全球定位系统已广泛应用于工程建设和军事等众多领域中，在我国公路工程测量中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，GPS 技术应用研究的逐步深入，GPS 在现代公路建设中必将发挥更大的作用。 参考文献： 1李贵兵，GPS 测量技术在公路建设中的应用特点探讨。中国新技术新产品。工程技术，2010 2徐贵南，GPS 在公路工程控制测量中的应用，铁道勘测与设计。2010.01. 3高永甲，孙加强，GPSRTK 技术在公路测量中的应用J，物探装备，2009，(1).
