公路工程測量中GPS的應用分析

摘 要：我國公路工程測量中的GPS已經(jīng)獲得了普遍應用，但是怎樣更好的發(fā)揮GPS技術(shù)良好的示范作用，在理論實踐研究中還是存在一定的問題。在這個前提下，文章主要分析了GPS系統(tǒng)構(gòu)成，CPS測量技術(shù)特征，在公路工程測量中GPS的應用。

關鍵詞：公路測量；GPS技術(shù)；應用

1 GPS系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 DPS空間衛(wèi)星包括了21顆工作衛(wèi)星和在軌備用3顆衛(wèi)星。在6個軌道平面內(nèi)平均分布著24顆衛(wèi)星，軌道平面產(chǎn)生了55°的傾角，平均衛(wèi)星高度是20200Km。衛(wèi)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(wèi)星位置信息，促使衛(wèi)星成為一個動態(tài)化的已知點。在地球范圍內(nèi)的任意地點和時刻，當高度角超過15°，能夠平均觀測6顆衛(wèi)星。

1.2 GPS地面監(jiān)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(jiān)測站觀測GPS衛(wèi)星獲得的數(shù)據(jù)，對各個衛(wèi)星的軌道和種差參數(shù)進行計算，并且編制這些數(shù)據(jù)成為導航電文同時輸入對應的衛(wèi)星存儲器中。

1.3 GPS用戶設備包含了GPS接收機、處理數(shù)據(jù)軟件以及終端設備。GPS接收機能夠獲得根據(jù)一定衛(wèi)星高度截止角進而選擇的衛(wèi)星接待信號，對衛(wèi)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(wǎng)平差，求解GPS接收機的三維中心坐標。

2 CPS測量技術(shù)特征

2.1 測站之間不需要進行通視。測量學中測站之間彼此的通視始終屬于難題。CPS這一特點產(chǎn)生了更加方便靈活的選點。但是要求必須具有開闊的測量空間，以便GPS衛(wèi)星接收信號不會受到干擾。

2.2 觀測所需比較短的時間。當短基線小于20公里時，相對迅速定位通常僅需5分鐘的觀測時間。

2.3 提供三維坐標。在對觀測站平面位置利用GPS進行準確測量的同時，能夠?qū)τ^測站的大地高程進行精確測定。

3 在公路工程測量中GPS的應用

3.1 公路工程測量中GPS靜態(tài)測量技術(shù)的應用

第一，初步勘察路線和選擇GPS地址。外業(yè)測量任務產(chǎn)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(lián)網(wǎng)。

第二，設計GPS點控制網(wǎng)。應當聯(lián)系公路具體等級、沿線具有的地物地形、操作中的衛(wèi)星情況、精準度要求等綜合設計GPS控制網(wǎng)。由于GPS控制網(wǎng)屬于首級公路控制網(wǎng)，需要利用其它測量方法實施加密。因此在沿著兩側(cè)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(lián)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。

第三，選擇GPS點和埋石。應當根據(jù)技術(shù)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(lián)測。

第四，設置儀器進行觀測。在DPS4個觀測點同步有效的觀測衛(wèi)星數(shù)量是否達到了規(guī)定要求。在外業(yè)觀測過程中要求觀測時間必須超過半個小時，觀測有效衛(wèi)星數(shù)量超過4個。

第五，處理觀測數(shù)據(jù)。結(jié)束外業(yè)觀測之后在計算機中輸入GPS中的數(shù)據(jù)，應用對應的處理數(shù)據(jù)軟件，及時處理和分析數(shù)據(jù)質(zhì)量。這一過程具體包括檢核與計算基線、計算GPS控制網(wǎng)平差。

第六，加密CPS控制網(wǎng)。通過全站儀附合導線測量的方法實施加密首級GPS控制網(wǎng)操作。根據(jù)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。

第七，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(shù)據(jù)并且實施角度、距離平差最終獲得結(jié)果。

3.2 公路工程測量動態(tài)GPS技術(shù)的應用

在公路工程測量中應用動態(tài)GPS技術(shù)具體表現(xiàn)為實時動態(tài)定位技術(shù)的應用。這一技術(shù)具體是將載波相位觀測數(shù)值作為前提的實時差分技術(shù)，它是發(fā)展GPS測量技術(shù)的重要創(chuàng)新研究，在公路工程中具有極其廣泛的應用前景。實時動態(tài)定位包含了基準和流動站，對實時動態(tài)測量進行保證的重要措施便是構(gòu)建無限通訊數(shù)據(jù)，基本原理設計基準點為較高精度取位點的首級控制點，在參考站設置一臺接收機，連續(xù)觀測衛(wèi)星，位于流動站上的接收機對衛(wèi)星信號進行接收的同時，利用電傳無線電設備對基準站上的觀測數(shù)據(jù)進行接收，按照相對定位的基本原理隨機計算機實時顯示計算流動站的測量精度與三維坐標。這樣使用者便能夠?qū)Υ郎y點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量與解算基線結(jié)果的收斂狀況實時監(jiān)測，綜合待測點的精度要求，明確觀測時間，進一步對多余的觀測有效減少，最終提升工作效率，在勘測公路階段動態(tài)定位方式能夠?qū)崿F(xiàn)測繪地形、測量中樁、橫斷面、縱斷面地面線等工作。測量整體過程不要求將通視作為前提，經(jīng)過1-3秒的測量，可以達到10-30mm的精度，體現(xiàn)出了普通測量儀器無法比擬的優(yōu)勢。實時動態(tài)技術(shù)具備極大的優(yōu)點：實時動態(tài)顯示的結(jié)果是通過可靠性檢驗獲得的厘米精度，有效克服了由于粗差產(chǎn)生的工程返工，進一步提升GPS的操作效率，具有極高的操作效率，每一個放置點僅需要1-2S的滯留時間，1-3人就能夠?qū)嵤?-10km的中線測量。假如利用其測量地形，每一天每個小組可以實行1.5km的地形測繪，一般測量方法是無法比擬其精度與效率的；在中線放樣的過程中做好抄平中樁的操作。

針對公路工程來說，結(jié)合GPS靜態(tài)定位和動態(tài)技術(shù)能夠高效、高精度的控制測量公路平面。在生產(chǎn)過程中利用一般方法結(jié)合GPS技術(shù)的生產(chǎn)過程能夠有效提升生產(chǎn)效率。伴隨著不斷發(fā)展的GPS技術(shù)特點，其初始化時間逐漸縮短，跟蹤能力也迅速強化，同時也產(chǎn)生了更高的精度，充分體現(xiàn)出了最好的性價比。

3.3 建立GPS控制網(wǎng)

根據(jù)GPS勘測規(guī)定要求，每間隔0.5-1km設置一個控制點，具體等級根據(jù)公路等級確定。以高速公路500m特大橋以及中長隧道為例闡述建立GPS網(wǎng)的方法。

按照要求，高速公路根據(jù)規(guī)定將一級小三角或者是一級導線作為控制等級。因此，控制等級時必須使用首級控制點交子這一等級，而控制首級必須超過四等。因此，在收集資料過程中需要找全測區(qū)范圍內(nèi)國家三四等級控制點的全部材料。同時，在首級控制網(wǎng)進行布置過程中應當間隔5-10km設置一首級控制點，便于有效對控制加密進行發(fā)展。

當布網(wǎng)等級與方案確定之后，可以根據(jù)下列步驟構(gòu)建公路控制網(wǎng)。（1）選擇點：將控制人員和選線作為中心，選擇對今后工作極為便利的點位；（2）埋石：根據(jù)勘測具體要求，進行標石埋選，并且在現(xiàn)場做好標記；（3）實測：按照應用的儀器標稱精度與相關的規(guī)范要求進行實測；（4）評定精度和平差：按照實際測試結(jié)果計算平差，并且實行評級精度。精度達到對應的等級要求時可以結(jié)束工作。如此，就能夠構(gòu)建高速公路的GPS控制網(wǎng)。

4 結(jié)束語

在公路工程測量中應用GPS定位系統(tǒng)，在近兩年獲得了積極推廣。文章通過分析應用GPS測量的相關事宜，能夠看出在公路工程控制測量中GPS具有極大的發(fā)展空間。

參考文獻

[1]王坤.公路測量中GPS 的應用與分析[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2009（1）.

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

作者簡介：路鵬（1984，4-），男，籍貫：河北邢臺人，職稱：助理工程師，學歷：本科，主要研究方向：公路工程。