論GPS技術(shù)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用

楊志向 梁俊峰

【摘要】伴隨著我國(guó)公路工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)獲得了普遍的應(yīng)用，在理論與實(shí)踐中如何更好地發(fā)揮GPS技術(shù)的作用，需要我們進(jìn)一步去探究。在我國(guó)公路工程中，因?yàn)榫€路長(zhǎng)、施工質(zhì)量要求高以及測(cè)量時(shí)間較緊迫等各方面的原因，需要一種較精確、快速、便捷的測(cè)量技術(shù)，由于GPS測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)逐步地取代傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，因此GPS成為了公路測(cè)量上的重要測(cè)量技術(shù)。文章主要分析了GPS系統(tǒng)構(gòu)成，CPS測(cè)量技術(shù)特征，在公路工程測(cè)量中GPS的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù)；公路測(cè)量；

前言：

科學(xué)技術(shù)在不斷地發(fā)展，為了保證公路的質(zhì)量問題對(duì)公路的測(cè)量技術(shù)精確性要求越來越高。由于 GPS系統(tǒng)可以向全球用戶全方位地提供高精確度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù)，因此GPS技術(shù)在我國(guó)公路上得到了更廣泛的推廣和應(yīng)用。在與此同時(shí)，我們必須了解一下GPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及它公路測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)。

一、GPS的概念

GPS，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是目前近幾年里發(fā)展起來的具有全球性、全能性、全方位性優(yōu)勢(shì)的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速系統(tǒng)。由于GPS技術(shù)所具有的全方位性、高精確度、和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，成為了最先進(jìn)的測(cè)量手段。GPS步入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，成為國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域的新應(yīng)用。

GPS系統(tǒng)組成是由GPS三大子系統(tǒng)構(gòu)成：地面監(jiān)控系統(tǒng)、空間衛(wèi)星系統(tǒng)、用戶接受系統(tǒng)。

1、地面控制系統(tǒng)，GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。GPS地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、大平洋和美國(guó)本土。

2、空間衛(wèi)星系統(tǒng)，GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個(gè)軌道面上，各平面之間交角為60度，軌道和地球赤道的傾角為55度，衛(wèi)星的軌道運(yùn)行周期為11小時(shí)58分，這樣可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線以上可以接收到4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)。

3、GPS的用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。

二、GPS測(cè)量技術(shù)的特征

1、 GPS技術(shù)能夠提供三維坐標(biāo)。通過GPS對(duì)觀測(cè)站平面位置進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地程度。

2、GPS技術(shù)能夠使觀測(cè)的時(shí)間短。采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30s到40s左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。當(dāng)短基線小于20公里時(shí)，相對(duì)迅速定位通常僅需5分鐘的觀測(cè)時(shí)間。

3、GPS技術(shù)能夠使測(cè)站之間無通視。測(cè)量學(xué)中測(cè)站之間彼此的通視始終屬于難題。CPS這一特點(diǎn)產(chǎn)生了更加方便靈活的選點(diǎn)。但是要求必須具有開闊的測(cè)量空間，以便GPS衛(wèi)星接收信號(hào)不會(huì)受到干擾。

4、GPS技術(shù)操作簡(jiǎn)便

GPS 測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其他觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。結(jié)束觀測(cè)時(shí)，僅需關(guān)閉電源，收好接機(jī)，便完成了野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

三、GPS測(cè)量技術(shù)在公路工程的中的應(yīng)用

1、公路工程測(cè)量動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)的應(yīng)用

公路工程測(cè)量動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用，它具有高精確度、高效率的優(yōu)點(diǎn)。這一技術(shù)具體是將載波相位觀測(cè)數(shù)值作為前提的實(shí)時(shí)差分技術(shù)，它是發(fā)展GPS測(cè)量技術(shù)的重要?jiǎng)?chuàng)新研究，在公路工程中具有極其廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位包含了基準(zhǔn)和流動(dòng)站，對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量進(jìn)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)為較高精度取位點(diǎn)的首級(jí)控制點(diǎn)，在參考站設(shè)置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)觀測(cè)衛(wèi)星，位于流動(dòng)站上的接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收的同時(shí)，利用電傳無線電設(shè)備對(duì)基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，按照相對(duì)定位的基本原理隨機(jī)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示計(jì)算流動(dòng)站的測(cè)量精度與三維坐標(biāo)。這樣使用者便能夠?qū)Υ郎y(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量與解算基線結(jié)果的收斂狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，綜合待測(cè)點(diǎn)的精度要求，明確觀測(cè)時(shí)間，進(jìn)一步對(duì)多余的觀測(cè)有效減少，最終提升工作效率，在勘測(cè)公路階段動(dòng)態(tài)定位方式能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)繪地形、測(cè)量中樁、橫斷面、縱斷面地面線等工作。測(cè)量整體過程不要求將通視作為前提，經(jīng)過1-3秒的測(cè)量，可以達(dá)到10-30mm的精度，體現(xiàn)出了普通測(cè)量?jī)x器無法比擬的優(yōu)勢(shì)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)具備重要優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的結(jié)果是通過可靠性檢驗(yàn)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(jìn)一步提升GPS的操作效率，具有極高的操作效率，每一個(gè)放置點(diǎn)僅需要1-2S的滯留時(shí)間，1-3人就能夠?qū)嵤?-10km的中線測(cè)量。

2、公路工程測(cè)量中GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

第一，初步勘察路線和選擇GPS地址。在外業(yè)測(cè)量時(shí)，必須安排人員進(jìn)行初步勘察路線的走向，觀察沿線可以作為GPS點(diǎn)的具體位置。查看附近路線GPS高等級(jí)點(diǎn)便于實(shí)施聯(lián)網(wǎng)。

第二，設(shè)計(jì)GPS點(diǎn)控制網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)聯(lián)系公路具體等級(jí)、沿線具有的地物地形、操作中的衛(wèi)星情況、精準(zhǔn)度要求等綜合設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)。由于GPS控制網(wǎng)屬于首級(jí)公路控制網(wǎng)，需要利用其它測(cè)量方法實(shí)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(duì)通視的GPS點(diǎn)。理論上分析利用GPS點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)僅需要將儀器設(shè)置在3個(gè)GPS點(diǎn)上同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)就能明確這些點(diǎn)的具體坐標(biāo)。聯(lián)系公路自身的特點(diǎn)可以使用4臺(tái)儀器同時(shí)對(duì)4個(gè)GPS點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，這樣能夠有效測(cè)量全線的速度。

第三，選擇GPS點(diǎn)和埋石。應(yīng)當(dāng)根據(jù)技術(shù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求選點(diǎn)這樣有利于使用其他測(cè)量方法進(jìn)一步擴(kuò)展與聯(lián)測(cè)。

第四，設(shè)置儀器進(jìn)行觀測(cè)。在DPS4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)同步有效的觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)量是否達(dá)到了規(guī)定要求。在外業(yè)觀測(cè)過程中要求觀測(cè)時(shí)間必須超過半個(gè)小時(shí)，觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)量超過4個(gè)。

第五，處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)束外業(yè)觀測(cè)之后在計(jì)算機(jī)中輸入GPS中的數(shù)據(jù)，應(yīng)用對(duì)應(yīng)的處理數(shù)據(jù)軟件，及時(shí)處理和分析數(shù)據(jù)質(zhì)量。這一過程具體包括檢核與計(jì)算基線、計(jì)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(dǎo)線測(cè)量的方法實(shí)施加密首級(jí)GPS控制網(wǎng)操作。根據(jù)GPS的分布把路線分成若干段，對(duì)每一段獨(dú)立實(shí)行導(dǎo)線附合測(cè)量，確保每一段附合導(dǎo)線都將GPS點(diǎn)作為起始和終止點(diǎn)。

第七，計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)和平差。在計(jì)算機(jī)中傳入每一段測(cè)量附合導(dǎo)線的數(shù)據(jù)并且實(shí)施角度、距離平差最終獲得結(jié)果。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，GPS技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)公路測(cè)量中取得了很好的效果和成功經(jīng)驗(yàn)，也充分的證明了GPS的優(yōu)越性。GPS技術(shù)作為今后公路建設(shè)工程的重點(diǎn)測(cè)量方式，不僅要保證工程進(jìn)度，而且還要確保其精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉三枝.GPS定位技術(shù)與應(yīng)用.課程教學(xué)改革研究[J].礦山測(cè)量，2005.

[2]王瑞忠.如何利用GPS進(jìn)行公路工程控制測(cè)量[J].公路交通科技，2011.4.

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

[4] 盧孝益.GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用，浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2011