手持GPS在公路勘測中的應用

郭雁軍，趙勝利，張云峰，朱翊維

(河南北斗測繪工程有限公司，河南鄭州 450000)

1 測區(qū)概述

S206二級公路起點連新疆博湖縣，終點至庫爾勒市開發(fā)區(qū)，全長 80 km。地處東經(jīng) 85°19＇～86°26＇，北緯41°33＇～42°14＇之間，地勢北高南低，山勢西高東低，形成傾斜的扇形綠洲。測區(qū)兩頭分別連接城區(qū)，居民住宅、行人車輛較多，且樹木繁密。線路中間為戈壁、沙漠、高山、河流眾多。我公司主要負責施工控制點測量、選址、埋設任務。

以往的這種測量工作，前期都能收集到充足的測繪成果，如起算點資料、1∶10 000地形圖等，但新疆的測繪資料相對缺乏，給勘測工作帶來了很大的難度。GPS-RTK技術(shù)雖然已十分成熟，但在查勘、選點工作中，設備附件較多，不便于攜帶，所以我公司在本次作業(yè)中引進了手持GPS。

2 手持GPS的主要性能特點

手持GPS由于操作簡單、價格低廉，已在城市勘測、公路測量、災害調(diào)查等諸多領(lǐng)域有了不同程度的應用。雖然在精度上無法與RTK接收機相比，但其像手機一樣小巧、便于攜帶，用兩節(jié)5號電池即可供電，接收信號的靈敏度高，給野外工作帶來了許多方便。手持GPS具有的主要性能與特點:

(1)定位速度快:冷啟動時間〈30 s;熱啟動時間〈15 s;當與上次定位距離遠于300 km時，定位時間〈90 s。

(2)抗遮擋能力強:在城市、山區(qū)、森林中定位環(huán)境惡劣的情況下應用導航儀，會有GPS信號被遮擋。因此較強的抗遮擋能力與抗多路徑能力是手持機的主要性能之一。

(3)低噪聲、高精度:衡量一個手持機的定位精度最簡便方法是將其放置于已知坐標點上，通過比較測量坐標與已知坐標差值，來分析外符合精度和噪聲水平。

3 手持GPS的設置方法

3.1 位置顯示格式

手持機中提供了多種格式，常用的有經(jīng)緯度格式(hdd°mm＇ss.s″)和用戶自定義坐標?？筛鶕?jù)所用導航點的格式來定義。經(jīng)緯度就是在WGS-84坐標系統(tǒng)下的坐標格式，在水準點的查勘工作中比較常用。如果選擇用戶自定義坐標，則需再輸入中央子午線經(jīng)度、投影比例、東西偏差、南北偏差，如表1所示。

坐標格式設置 表1

3.2 坐標系統(tǒng)

一般選USER、WGS-84系兩種，國內(nèi)用戶一般用USER(地方坐標系)。當選擇USER時，要自定義用戶坐標系(WGS-84-LOCAL)，給出WGS-84及用戶坐標系統(tǒng)的各坐標系參數(shù)差。其中DX、DY、DZ是兩系統(tǒng)在空間直角坐標系內(nèi)坐標之差，即WGS-84坐標減去當?shù)刈鴺?，具體五參數(shù)詳見表2。

轉(zhuǎn)換參數(shù)設置 表2

以上參數(shù)經(jīng)過在新疆地區(qū)試驗，導航精度為±3 m左右，完全滿足查勘、選點要求。

3.3 接口認定

手持GPS可以設置3種接口模式。分別是:

(1)GRMN/GRMN:GARMIN專用傳輸協(xié)議。配合MapSource專業(yè)傳輸軟件，可將經(jīng)緯度格式和用戶自定義坐標格式傳輸、下載。

(2)NMEA/NMEA:以國際標準 NMEA(一般為0183)協(xié)議輸出衛(wèi)星定位的有關(guān)信息。GPS手持機可以實時輸出NMEA0183導航語句。

(3)RTCM/RTCM:接收RTCM SC-104實時差分校正數(shù)據(jù)，波特率9 600以下可調(diào)。

4 手持GPS主要功能鍵操作

(1)開關(guān)鍵:即電源鍵。輕按此鍵也可以啟動屏幕背景燈，背景燈有三種不同的亮度狀態(tài)，連續(xù)按電源鍵，可以選擇合適的背景燈亮度。

(2)導航:按下導航鍵，可以在航點表中選擇需要導航的點名，選擇后進入導航屏幕，指示目前位置與其的方位與距離。當用戶移動后，羅盤下面將顯示航向、航速及當前航速到達目的地需要的時間。GPS每隔1秒更新1次當前定位信息，每一點的坐標和上一點的坐標數(shù)值比較，就可以知道前進的方向。

(3)航線:由內(nèi)存中的各個航點組成航線，再由“地圖”窗口中可實時看到自己與設計航線的相關(guān)位置，如偏線距，在線距，坐標等。這項功能與RTK接收機中的“線放樣”類似，精度雖然無法與RTK相媲美，但手持GPS輕便、小巧、電量維持的優(yōu)勢也十分明顯，非常利于線路選點工作。

5 導航功能的使用方法

導航是手持GPS最基本、最實用的功能之一。首先定義手持GPS的坐標系統(tǒng)和五參數(shù)，按照本文前面提到的方法逐個輸入;然后使用Excel辦公軟件把需要導航的坐標點編輯成“Y坐標，X坐標，點名”的格式，并另存為CSV逗號分割值文件;最后使用配套的串口數(shù)據(jù)線發(fā)送到手持機中。這樣就可以使用手持機選取坐標點進行導航，按照GPS電子羅盤指引的方向行走即可。

6 航線功能的具體應用

6.1 新疆博湖S206二級公路的選點要求

選埋的控制點位置應沿路線布設，距線路中心的位置宜大于50 m且小于300 m，同時應便于測角、測距及地形測量和定位放線。兩相鄰點位之間控制在500 m左右，在植被茂密、通視條件較差的地區(qū)，應適當增加埋石點，點位應盡可能沿線路兩側(cè)交叉布設，線路一側(cè)連續(xù)埋石一般不得多于3個點。

6.2 以往的選點方法

當測區(qū)有小比例尺地形圖(如1∶10 000地形圖)時，作業(yè)員習慣于先將線路中線拐點坐標、里程展繪在底圖上，然后帶著圖紙到測圖現(xiàn)場選點，并把選取的點位標定在圖紙上。但在無圖可用的新疆地區(qū)這種方法就行不通。第二個方案就是使用RTK接收機的“線放樣”功能，這個方法能滿足選點要求，但是作業(yè)員的負擔較大，因為RTK的自身重量大，還得帶著備用電池，當靠近房屋和樹林時衛(wèi)星初始化很慢，再者目前都是坐車選點，帶著2 m長的RTK流動桿也十分不便。根據(jù)以上情況，我公司最終選定使用手持GPS來完成此次作業(yè)。

6.3 航線功能的實際操作

首先用CAD軟件將線路中線的坐標圖解出來制作成文本文件，然后再傳輸?shù)绞殖諫PS中，點名就按線路的里程樁號定義，這時就形成“航點”。如:點名12+200，X=4 643 101，Y=474 394。直線段可按500 m傳輸一個點，曲線段可按200 m傳輸一個點，以保證線路形狀。第二步就是進入手持GPS的“航線”菜單，依次選擇“航點”，新建一條航線，如圖1所示。新建完畢后就可進入地圖子菜單，如圖2所示。當前位置(三角形符號代表當前位置)和線路的相對位置就實時呈現(xiàn)在屏幕的電子地圖上。作業(yè)員跟隨電子地圖的提示行走到設計位置選點即可，當一個點選定后，可以直接采集坐標，同時這個點也就出現(xiàn)在電子地圖中，以供下一個點參考用。

圖1 航線設置

圖2 航線顯示

7 作業(yè)經(jīng)驗

手持GPS通過在新疆庫爾勒地區(qū)的使用，總結(jié)出以下經(jīng)驗:

(1)坐標系統(tǒng)和中央子午線等相關(guān)參數(shù)一定要正確輸入;

(2)到測區(qū)后要與起算控制點或已知的實地坐標點比對坐標數(shù)值;

(3)由于手持GPS的屏幕較小，所以新建航線不要太長，10個航點以內(nèi)為宜;

(4)當把手持GPS放入汽車駕駛室時，由于電子地圖的更新率較慢，所以建議降低車速;

(5)當使用手持GPS采集實地坐標點時，要盡可能等待儀器鎖定較多的衛(wèi)星后再采集。

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