淺談華測GPS在道路測量中的應(yīng)用研究

摘 要：大量交通基礎(chǔ)建設(shè)的投入以及工程項日技術(shù)難度的增加，為更好適應(yīng)公路勘測的新要求，提高作業(yè)效率與精度、降低成本。文章介紹了GPS作業(yè)的幾種模式和它們之間的對比，然后以樺林大街項目為例，闡述了道路鍵入和放樣的方法，并完成斷面圖的測繪。

關(guān)鍵詞：公路測量；GPS作業(yè)模式；計算土方量

1 基本定位原理

GPS定位是以GPS衛(wèi)星和用戶接收天線之間的距離為基本觀測量，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，確定用戶天線所對應(yīng)的位置，其實質(zhì)是空間距離后方交會。在一個測站上只需3個獨立距離觀測量。GPS采用的是時差測距原理，即通過測量GPS信號從衛(wèi)星傳播到用戶接收機(jī)的時間差計算距離，由于衛(wèi)星鐘與用戶接收機(jī)鐘不同步，因此，觀測的測站至衛(wèi)星間的距離稱為偽距。衛(wèi)星鐘差可以通過衛(wèi)星導(dǎo)航電文提供的鐘差參數(shù)修正，接收機(jī)鐘差難以預(yù)先準(zhǔn)確確定，可將其作為未知參數(shù)與觀測站坐標(biāo)在數(shù)據(jù)處理中一并解出。在一個測站上，除了三個待定位置參數(shù)外，還需要增加一個接收機(jī)鐘差參數(shù)，因而至少應(yīng)有4個同步偽距觀測量，即至少必須同步觀測4顆GPS衛(wèi)星[4]。

2 GPS控制網(wǎng)設(shè)計

2.1 GPS控制網(wǎng)的基本原則

測區(qū)有舊的地面控制點成果時，應(yīng)既考慮充分利用舊資料，又要使新建的高精度GPS控制網(wǎng)不受舊資料精度較低的影響。為此，應(yīng)將新的GPS網(wǎng)與舊控制點進(jìn)行聯(lián)測，聯(lián)測點一般不應(yīng)少于3個。GPS在選點時應(yīng)滿足點位周圍應(yīng)便于安置天線和GPS接收機(jī)。視野開闊，視場內(nèi)周圍障礙物的高度角一般應(yīng)小于15度；點位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源及高壓電線，以避免周圍磁場對信號的干擾；點位周圍不應(yīng)有對電磁波反射（或吸收）強(qiáng)烈的物體，以減弱多路徑效應(yīng)的影響；點位應(yīng)選在交通方便的地方，以提高作業(yè)效率；選定點位時，應(yīng)考慮便于用其它測量手段聯(lián)測和擴(kuò)展；點位應(yīng)選在地面基礎(chǔ)堅固的地方，以便于保存。

2.2 GPS建網(wǎng)流程

公路勘測首級平面控制網(wǎng)的任務(wù)是根據(jù)線路的基本走向布設(shè)控制點?！豆啡蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》規(guī)定：GPS控制網(wǎng)作為公路工程項目的首級控制網(wǎng)，應(yīng)每隔5km左右布設(shè)一對相互通視的GPS控制點，布網(wǎng)流程如圖1。

圖1 布網(wǎng)流程圖

3 GPS的作業(yè)模式及其對比

3.1 雙星和單星GPS

本次設(shè)計在樺林大街項目中，使用華測X91和X90GPS進(jìn)行測量，并比較單、雙星系統(tǒng)的不同。華測GPS-X91是雙星系統(tǒng)能夠同時搜索GPS和GLONASS衛(wèi)星信號，其可見衛(wèi)星數(shù)多，改善空間衛(wèi)星的幾何圖形條件，在測量樹林等地方還能夠保持收到8顆左右的衛(wèi)星信號，能夠進(jìn)行固定、測量，而單星系統(tǒng)的GPS只能接收到2、3顆衛(wèi)星，很難固定。由此可以展示出雙星系統(tǒng)的優(yōu)勢。

3.2 GPS的作業(yè)模式

3.2.1 電臺模式

電臺模式RTK操作方便，初始化時間短。但是電臺在山區(qū)、丘陵和無線電干擾較大的地方輻射范圍小，使基準(zhǔn)站控制范圍大大減小。另外，電臺架設(shè)不方便，需在地勢較高地方架設(shè)以提高作業(yè)半徑，不同的測區(qū)需要不同的參數(shù)，基準(zhǔn)站的架設(shè)次數(shù)也隨之增加。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)模式

網(wǎng)絡(luò)模式相對于電臺模式作業(yè)距離大大增加，而且測量時不在需要電臺，更加方便以及提高工作效率。但是初始化時間相較于電臺模式略長，而且初始化時間隨著測量距離的增加而增加；測量精度隨著測量距離的增加而降低。

3.2.3 CORS站

CORS站使RTK的作業(yè)距離不再受限制，也不需要進(jìn)行繁瑣的點校正過程，另外由于消弱了對流層、電離層的誤差和隨距離逐漸增加的比例誤差， CORS較與其他模式測量精度更加可靠。但是CORS需要花費(fèi)大量的資金和精力去建設(shè)和維護(hù)。

4 GPS-RTK點校正

以華測X90GPS儀器為例進(jìn)行點校正，先點擊測量-點校正；選擇增加；網(wǎng)格點名稱選之前鍵入的“當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)”；GPS點名稱選輸入的或?qū)嵉販y出相對已知點的“WGS84坐標(biāo)”（GPS的測量結(jié)果就是WGS84坐標(biāo)，但能得到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)是手簿軟件完成的）；校正方法一般選擇“水平與垂直”；然后確定。用幾個點進(jìn)行“校正”就用同樣的方法增加幾次，最后選擇計算，即把點校正后所得的參數(shù)應(yīng)用于當(dāng)前任務(wù)。點校正的目的就是求WGS84坐標(biāo)到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)（WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，包括7參數(shù)和3參數(shù)，用戶如果有當(dāng)?shù)氐?參數(shù)可直接輸入則不需點校正）。

5 道路鍵入

一條完整的道路由下面部分組成：直線→緩和曲線→圓曲線→緩和曲線→直線，道路的樁號根據(jù)所創(chuàng)建元素長度自動累加，下面以這個順序創(chuàng)建一條道路：

（1）新建元素選擇直線，輸入新建道路名稱或使用默認(rèn)的Road0001‘接受，選中水平定線’編輯，進(jìn)入道路編輯界面。新建后就可根據(jù)提示添寫道路已知元素來創(chuàng)建道路。起始樁號是根據(jù)所要放樣的里程輸入；方法有鍵入坐標(biāo)和選擇點兩種：鍵入坐標(biāo)法則只需在起始北和起始東的文本框里輸入坐標(biāo)即可；選擇點法可以選擇已經(jīng)采集或鍵入的點，樁號間隔則根據(jù)工程需要自行設(shè)定，設(shè)置好并檢查無誤后選擇存儲，即把道路的直線段創(chuàng)建好了。

（2）新建創(chuàng)建緩和曲線，輸入設(shè)計的方位角（起點切線的方位角，且默認(rèn)值為上段直線的方位角，方位角是不需要輸?shù)?，即直線的方位角就是緩和曲線起點切線的方位角）；再選擇直緩曲線或緩直曲線（當(dāng)然按順序為直緩曲線，即由直線轉(zhuǎn)為緩和曲線）；然后輸入緩和曲線的弧段方向和半徑（半徑是圓曲線的半徑）、長度（這段緩和曲線弧的長度）來確定要創(chuàng)建的緩和曲線。

（3）新建創(chuàng)建一條弧線，則要先輸入設(shè)計的方位角（和上面所說意義相同，一般為默認(rèn)值），再選擇創(chuàng)建方法，創(chuàng)建的方法有三種分別是弧長和半徑、角度變化量（圓心角）和半徑、偏角和長度（偏角和長度即弧長），選擇后可根據(jù)提示在相應(yīng)的位置中輸入數(shù)值，再選擇弧段方向。

6 帶狀地形圖測繪

RTK因其工作效率高、定位精度高、全天候作業(yè)、RTK測量自動化、操作簡單。一臺主站架設(shè)在已知控制點，設(shè)置好基準(zhǔn)站，可幾臺流動站同時作業(yè)，繪圖人員可以很直觀地了解整個測區(qū)的地形及地貌，避免了以往全站儀測量離測站較遠(yuǎn)時，鏡站人員形容不當(dāng)可能造成的繪制錯誤。所有數(shù)據(jù)全部存儲在與流動站連接的測量手簿中，避免了以往讀數(shù)、聽數(shù)、記數(shù)過程中可能發(fā)生的差錯，保證了數(shù)據(jù)采集的正確性，為今后斷面測量、土方量的計算打下良好基礎(chǔ)。

7 結(jié)束語

本文以樺林大街為依托，介紹了GPS在公路工程測量中應(yīng)用的過程。本設(shè)計從GPS測量出發(fā)，研究了GPS的定位原理，闡述了GPS在公路初測和定測中的應(yīng)用?？刂凭W(wǎng)的精度越高，樺林大街的主體位置就更精確。GPS的工作模式及它們之間的對比；放樣的結(jié)果是得到是地上的標(biāo)樁，標(biāo)樁在哪里，施工隊伍就在哪里進(jìn)行施工。如果放樣出現(xiàn)誤差、錯誤就將造成極大的損失。本文所述方法提高工作效率、減少作業(yè)時間、同時保證測量要求精度。

參考文獻(xiàn)

[1]雒應(yīng).GPS全球定位系統(tǒng)在公路路線控制測量中的應(yīng)用研究[D].長安大學(xué)，2000.

[2]李國文，尹力，張東東.淺談現(xiàn)代測繪技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用[J].民營科技，2011（2）：2～4.