高速公路工程測量中GPS的應用

李強 王佑取

摘要：全球定位系統（GPS）是美國在上世紀90年代研發并投入使用的衛星導航定位系統。GPS可進行高效、精確的測量。本文在對這一系統的組成和特點闡述的基礎上，對其在高速公路測量中的應用作了研究和說明。

關鍵詞：GPS測量應用

中圖分類號：P228文獻標識碼： A

Abstract: the global positioning system (GPS) is the United States in the 1990 s research and development and put into use satellite navigation and positioning system. GPS can be efficient and accurate measurement. In this paper the system composition and characteristics on the basis of the highway to the measurement of the application to the study and interpretation.

Keywords: GPS;survey; application

引言

在公路工程的地形測量、線形選擇以及斷面測量中，科學的運用GPS技術，能夠很大程度地減少作業的勞動量和施工的成本，并能有效提高公路工程的工作效率和測量的精準度。目前我國的GPS技術還有待完善和發展，在公路工程的地形測量工作中，必須結合實際和以往經驗，對GPS技術進行科學運用和完善研究。

一、GPS的原理及特點

（一）、GPS的組成及原理

GPS 系統由三大板塊組成，分別是空間衛星星座、地面監控站及用戶設備。

1.DPS空間衛星包括了21顆工作衛星和在軌備用3顆衛星。在6個軌道平面內平均分布著24顆衛星，軌道平面產生了55°的傾角，平均衛星高度是20200Km。衛星通過兩個L波段的無線電載波為廣大用戶接連不斷的輸送定位導航信號，其中包含的衛星位置信息，促使衛星成為一個動態化的已知點。在地球范圍內的任意地點和時刻，當高度角超過15°，能夠平均觀測6顆衛星。

2. GPS地面監控站包含了全球分布的一個主控站、三個注入站以及五個檢測站。主控站綜合各個監測站觀測GPS衛星獲得的數據，對各個衛星的軌道和種差參數進行計算，并且編制這些數據成為導航電文同時輸入對應的衛星存儲器中。

3. GPS用戶設備包含了GPS接收機、處理數據軟件以及終端設備。GPS接收機能夠獲得根據一定衛星高度截止角進而選擇的衛星接待信號，對衛星運行有效跟蹤，并且交換、放大及處理信號，在利用計算機和對應的軟件，解算基線、網平差，求解GPS接收機的三維中心坐標。

（二）、GPS-RTK技術特點

1.GPS高精度高程測量與高精度的平面測量效果相同，這是應用GPS技術測量的優勢所在。在高等級公路工程的測量過程中，對于山區等地段較為復雜的區域，采用常規的測量方式往往存在一定的困難，而采用GPS技術進行測量則效果顯著。

2.在公路工程測量工作中，GPS-RTK技術的合理應用對降低外業勞動強度和提高野外工作效率非常有效。正常情況下GPS測量的效率可以是常規公路測量工作效率的3倍以上。

3.GPS-RTK技術的測量精確度非常高，采用此種技術進行測量可以不受環境和距離的影響。

4.運用GPS技術進行公路地形的測量，可以有效提高工作的質量，GPS不受人為因素的影響，在通常情況下操作過程全由電子技術、計算機技術控制，自動進行數據的記錄、運算及處理。

5.GPS-RTK技術的實時性，改變了以往的公路工程測量模式。能夠及時地得出公路地形的三維空間坐標。GPS-RTK可以全面應用于公路的路線、橋梁、隧道勘察等各項勘察任務當中，它還可以直接進行實時放樣、中樁測量、點位測量等工作。

二、GPS在測量中的作用

（一）、公路工程測量中GPS靜態測量技術的應用

1.初步勘察路線和選擇GPS地址。外業測量任務產生之后，安排人員初步勘察路線的走向，觀察沿線可以作為GPS點的具體位置。查看附近路線GPS高等級點便于實施聯網。

2.設計GPS點控制網。應當聯系公路具體等級、沿線具有的地物地形、操作中的衛星情況、精準度要求等綜合設計GPS控制網。由于GPS控制網屬于首級公路控制網，需要利用其它測量方法實施加密。因此在沿著兩側路線間隔5-10米距離布置互相一對通視的GPS點。理論上分析利用GPS點進行觀測時僅需要將儀器設置在3個GPS點上同時進行觀測就能明確這些點的具體坐標。聯系公路自身的特點可以使用4臺儀器同時對4個GPS點進行觀測，這樣能夠有效測量全線的速度。

3.選擇GPS點和埋石。應當根據技術相關設計要求選點這樣有利于使用其他測量方法進一步擴展與聯測。

4.設置儀器進行觀測。在DPS4個觀測點同步有效的觀測衛星數量是否達到了規定要求。在外業觀測過程中要求觀測時間必須超過半個小時，觀測有效衛星數量超過4個。

5.處理觀測數據。結束外業觀測之后在計算機中輸入GPS中的數據，應用對應的處理數據軟件，及時處理和分析數據質量。這一過程具體包括檢核與計算基線、計算GPS控制網平差。

6.加密CPS控制網。通過全站儀附合導線測量的方法實施加密首級GPS控制網操作。根據GPS的分布把路線分成若干段，對每一段獨立實行導線附合測量，確保每一段附合導線都將GPS點作為起始和終止點。

7.計算導線點坐標和平差。在計算機中傳入每一段測量附合導線的數據并且實施角度、距離平差最終獲得結果。

（二）、公路工程測量動態GPS技術的應用

1.動態GPS技術在公路勘察中主要在實時動態定位技術方面進行公路勘察。實時動態定位技術是基于載波相位觀測值的實時差分全球定位系統（RTDGPS）技術為基礎，這是GPS測量在公路工程技術突破，有廣闊的發展空間，實時動態定位系統（RTK技術）由一個基站和流動站，無線數據通信實時動態測量，原則是保證是作為參考點。作為一個通過無線電發射設備，同時接收衛星信號，安置接收的衛星接收機站的連續觀測的基準站接收機，采取精確控制點的位置，觀測數據基站。根據計算結果相對定位的原則，實時三維坐標站和測量精度，使用戶能夠實時監控的測試點數據的觀測和基線解算結果，根據精確規格的測試縮短觀測時間，從而減少冗余觀測，提高了工作效率。 GPS靜態定位和動態結合的方法，在工程單位可以有效的完成公路平面控制測量精度。施工中使用傳統的方法和GPS技術與生產過程相結合，可以大大降低工作成本，提高工作效率。跟蹤能力與發展的GPS初始化時間越來越短，以及越來越高的準確性，越來越強的可靠性并且具有良好的價格優勢。預先控制和測量過程中，對施工程單位的復雜問題帶來極大的方便。

2.通過GPS技術在公路工程測量中的應用做了分析研究，概括起來就是：①具有精度高，其業務擺脫距離的限制，非常適合國家大地嚴重受損地區，地形復雜和困難地區以及全國重點GPS運營項目區。②GPS測量可以大大提高工作質量和取得的成果，這是不受制于人為因素，由微電子技術，計算機控制整個操作完成，自動記錄，自動數據采集和預處理，自動調整處理。③GPS可大大降低勞動作業強度，減少了該領域的工作量，提高運營效率，與一般的測量效率相比GPS的調查工作效率高出三倍;④對GPS測量精度高的平面測量同高精度GPS測量一樣，特別是在當前公路逐漸向山地丘陵，區域延伸，實施常規的幾何水準有困難，因為這些地區的地理條件和地形復雜。

三、結束語

本文通過GPS技術在公路工程測量中的應用做了分析研究，概括起來就是：①具有精度高，其業務擺脫距離的限制，非常適合國家大地嚴重受損地區，地形復雜和困難地區以及全國重點GPS運營項目區。②GPS測量可以大大提高工作質量和取得的成果，這是不受制于人為因素，由微電子技術，計算機控制整個操作完成，自動記錄，自動數據采集和預處理，自動調整處理。③GPS可大大降低勞動作業強度，減少了該領域的工作量，提高運營效率，與一般的測量效率相比GPS的調查工作效率高出三倍;④對GPS測量精度高的平面測量同高精度GPS測量一樣，特別是在當前公路逐漸向山地丘陵，區域延伸，實施常規的幾何水準有困難，因為這些地區的地理條件和地形復雜。GPS高程測量的是一個有效的方法，GPS在公路上測量中存在廣闊的發展前景。

參考文獻

[1]王坤.公路測量中GPS 的應用與分析[J].林業調查規劃，2009（1）

[2]金玲玲. GPS在高速公路工程測量中的應用[J]. 安徽建筑, 2010,(02)

[3]鄒應華.GPS RTK技術在公路測量中的應用[J].科技廣場，2009（3）.

作者簡介：李強 王佑取 均是2006年7月畢業于南昌工程學院 測繪信息工程 分別參建了江西瑞金至尋烏、永修至武寧、撫州至吉安、撫州至金溪等多條高速公路。具有豐富的現場測量及相關施工經驗。