GPS系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應用

劉新強

(新疆交通建設(shè)管理局項目執(zhí)行二處)

1 GPS系統(tǒng)的構(gòu)成與技術(shù)特征

1.1 GPS系統(tǒng)的組成

從GPS系統(tǒng)的整體看其主要由三個部位組成，一個是衛(wèi)星、地面監(jiān)控站、用戶接受分析設(shè)備。其中衛(wèi)星系統(tǒng)就是指由衛(wèi)星組成的一個衛(wèi)星網(wǎng)絡，整個系統(tǒng)有24顆衛(wèi)星組成，分布在不同的六個軌道面上，其傾斜的角度為55°，衛(wèi)星在太空中的環(huán)繞地球運行，其時間周期為固定。在環(huán)繞飛行中衛(wèi)星用固定波段向地面的用戶進行連續(xù)不斷的發(fā)射載波信號，用于導航與定位，導航定位信號保護的是衛(wèi)星自身的位置數(shù)據(jù)，使得每一個衛(wèi)星成為一個參考點。這樣的衛(wèi)星網(wǎng)可以讓地球上的任何一點、時刻在高度15°上都可觀測到衛(wèi)星，并利用其定位。

地面監(jiān)控系統(tǒng)是分布在地面上的主控站、注入站、監(jiān)測站構(gòu)成，主控站是對各個監(jiān)測站所采集的衛(wèi)星的位置數(shù)據(jù)進行處理，對衛(wèi)星的軌道參數(shù)與時鐘參數(shù)進行計算，并將數(shù)據(jù)編譯成為導航電文，傳輸至注入站，并經(jīng)由注入站傳輸至相應的衛(wèi)星存儲裝置中備用。

用戶端設(shè)備，主要是利用GPS接收機、數(shù)據(jù)處理芯片、計算機等構(gòu)成，主要的功能是按照衛(wèi)星的高度與截止角選擇待測的衛(wèi)星信號進行接收，跟蹤衛(wèi)星的運行軌跡與之進行信號的交換，放大并進行處理，利用軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算得出接收機所在位置的三維坐標。

1.2 GPS計算測量的特點

測量的精度高，瑪利亞GPS完成觀測其精度明顯高于常規(guī)計算，在小于50 km的基準線上，其定位的精度可以高達1×10-6，這樣的精度是普通測量方法所不能達到的;同時可以不需要通視環(huán)境即可完成測量，在利用GPS進行測量的時候，不需要觀測站之間保持通視，可以根據(jù)實際的測點需要進行定點測量，選點方式更加的靈活，適應性強;觀測效率高，隨著GPS技術(shù)在電子技術(shù)的幫助下日趨完善，其觀測的速度也不斷提高，加之軟件技術(shù)的幫助，利用GPS進行測量的時候，靜態(tài)環(huán)境下定位每個測點需要的時間很短，動態(tài)環(huán)境下僅需要幾秒鐘就可完成定位，效率之高有目共睹;設(shè)備相對簡單容易操控，電子芯片的發(fā)展使得GPS接收設(shè)備的自動化程度越來越高，實現(xiàn)了智能化，使用人員只需對正、調(diào)整、獲得天線高度開機后設(shè)定參數(shù)就可完成自動觀測與數(shù)據(jù)記錄;可以實現(xiàn)全天候作業(yè)，以往的觀測需要受天氣的影響，而GPS衛(wèi)星數(shù)量多且分布均勻可以保證其在任何時間、地點都實現(xiàn)持續(xù)觀測，通常不會受到氣候因素的影響;所提供的數(shù)據(jù)為三維虛坐標，在GPS測量中除了精度高以外，其優(yōu)勢是可以同三維坐標，其井底則可以滿四等水平。

2 GPS技術(shù)的在公路工程中應用的基本要點

2.1 測點選擇要點

在利用GPS進行測量的時候不需要進行測點之間的通視，圖形結(jié)構(gòu)比較靈活而容易構(gòu)建，測點的選擇則應考慮到GPS測量的特殊性質(zhì)，兼顧其后續(xù)的測量，選擇電點位的時候最好可以與某一個點通視，這樣可以利用結(jié)果方便后續(xù)測量;測點的周圍的15°范圍內(nèi)不應有障礙而導致信號受到影響或者吸收;測點應遠離大功率的無線發(fā)射裝置、高壓線等，避免信號受到電磁干擾而失真;測點應保證事業(yè)開闊，交通方便且利于擴展，方便保存，這樣可以方便觀測與日后的應用;測點觀測后應利用石標進行標記，并填寫記錄。

2.2 觀測要點

按照GPS作業(yè)的調(diào)度表對觀測進行安排，應采用靜態(tài)定位的方式，衛(wèi)星高度角為14°，觀測時間持續(xù)45 min，采用頻率為10″間隔。在三個點上同時安放接收設(shè)備并進行調(diào)試，量取天線的高度，測量氣象數(shù)據(jù)開機進行觀察，當各項指標達到參數(shù)要求時，按照操作手冊輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)，此時接收機會自動記錄，觀測人員需要填寫觀測手薄。

3 GPS系統(tǒng)在公路工程測量的實例分析

公路測量中主要應用的是GPS的靜態(tài)與動態(tài)測量功能。靜態(tài)功能通過接收機對衛(wèi)星信息進行接收與處理，獲得地面測點的三維坐標數(shù)據(jù)，而動態(tài)功能則是通過衛(wèi)星系統(tǒng)將已知三維測點的定位點放樣到實際的地面上，確定其位置。在實際的應用中經(jīng)過反復試驗，GPS技術(shù)在公路工程的勘測中可以突出其優(yōu)勢并獲得較好的測量成果。下面就以某工程為例進行介紹。

3.1 測量網(wǎng)絡設(shè)計

某段國家公路施工路段，為連接某區(qū)域的高速公路，其公路穿越的地區(qū)地物地貌較為復雜，部分區(qū)域不能完成通視的測量需要，為了提高測量的精度，在公路有地物遮擋的位置進行加密控點的設(shè)計，以此滿足測量的需求。

3.2 GPS的靜態(tài)功能實現(xiàn)

測量中首先是利用GPS的靜態(tài)測量方法，按照制定的測量方案，將三臺GPS接收裝置放置在對應的三個測點上，同時接收衛(wèi)星信號，直至將整個環(huán)路上的測點測量完畢，觀測的數(shù)據(jù)井平差計算，所得到的就是相應的坐標系坐標，并進行記錄。

3.3 測量驗證

在GPS測量完成后應利用大地測量的方式對其觀測的結(jié)果進行校驗，兩種測量方式本身測量誤差和坐標轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型誤差，以及在平差計算過程中測量的配置等都會引起兩種測量的結(jié)果存在一定的差異，經(jīng)過比較其差值都在測量要求的范圍內(nèi)，因此GPS所測量的結(jié)果精度已經(jīng)滿足了測量的需求。

3.4 GPS動態(tài)測量

因為測量的區(qū)域內(nèi)存在起伏較大的地形，尤其是在區(qū)域內(nèi)還存在一個大型達的森林所以在利用GPS進行測量的時候除了利用靜態(tài)測量外還利用了動態(tài)測量的方式，即利用GPS的RTK測量技術(shù)對其中線進行恢復與校驗，保證其準確性。利用已知的控制點為基準點，然后在某個點上架設(shè)GPS季準臺，利用兩臺GPS接收機分別安置在相應的測點上，測量一些列的三維坐標，每個測點應保持測量5″。然后根據(jù)坐標計算出實際的邊長，應用在工程測量中。

4 結(jié)束語

在實際的應用中GPS所體現(xiàn)出的優(yōu)勢是不可比擬的，尤其是在公路工程的測量中優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:作用的精度較高，其測量不受環(huán)境與距離的限制，適應在較為復雜的地形或者條件受限的區(qū)域內(nèi)進行工作，且精度較高;利用GPS測量可以提高測量工程的質(zhì)量，因為其主要是依靠衛(wèi)星作用數(shù)據(jù)測量的參考物，同時衛(wèi)星信號相對穩(wěn)定，整個作業(yè)過程也實現(xiàn)了自動化、智能化，利用計算機可以很快的完成數(shù)據(jù)的預處理與平差計算;動態(tài)GPS同樣也成為了公路測量的主要技術(shù)，其應用將側(cè)地改變測量的模式，此技術(shù)非常適應對路線、橋梁、隧道的勘測，可以直接進行實地放樣，中樁測量、點位確定等工作;GPS的全自動化操作大幅度的降低了技術(shù)人員的外業(yè)作業(yè)強度，減少了一些砍伐工作，效率也隨之提高，GPS技術(shù)比常規(guī)的測量方法的效率提高了幾倍。

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