GPS技術(shù)在公路測(cè)量方面的應(yīng)用

孫存彪

鼎力建設(shè)集團(tuán)股份有限責(zé)任公司貴州分公司

GPS技術(shù)在公路測(cè)量方面的應(yīng)用

孫存彪

鼎力建設(shè)集團(tuán)股份有限責(zé)任公司貴州分公司

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)以其精度高、速度快而在公路測(cè)量中應(yīng)用較廣。本文將從GPS系統(tǒng)組成及定位原理入手，從其測(cè)量方法研究中來(lái)探討其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合公路工程測(cè)量實(shí)際，就其應(yīng)用價(jià)值展開(kāi)闡述，以促進(jìn)公路測(cè)量工作效率的提升。

GPS技術(shù)；公路工程；工程測(cè)量；應(yīng)用研究

GPS全球定位系統(tǒng)作為先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在滿足全天候、實(shí)時(shí)性、高精度三維導(dǎo)航及定位中發(fā)揮了重要作用。公路工程建設(shè)中的測(cè)量工作，在GPS精密定位技術(shù)的應(yīng)用較廣，特別是在線路定測(cè)設(shè)計(jì)上，利用曲線主點(diǎn)、中樁、橋位加樁、坐標(biāo)放樣等功能，具有更好的經(jīng)濟(jì)性和高效性優(yōu)點(diǎn)。為此，結(jié)合GPS系統(tǒng)組成及定位原理，從其公路工程測(cè)量實(shí)踐中的成功經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行總結(jié)，以挖掘GPS定位技術(shù)的精度和潛力。

一、GPS系統(tǒng)組成及定位原理

隨著GPS定位技術(shù)自動(dòng)化程度的提升，對(duì)于GPS精密定位技術(shù)的應(yīng)用也日益廣泛，尤其是在公路工程建設(shè)中，從公路項(xiàng)目選址、大地測(cè)量、地形測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)等方面的成功應(yīng)用中，發(fā)揮了積極的作用[1]?？偟膩?lái)看，GPS系統(tǒng)由三部分組成，即空間部分、地面部分和用戶設(shè)備部分。對(duì)于空間部分主要是與GPS相關(guān)聯(lián)的工作衛(wèi)星，由24顆衛(wèi)星組成的定位體系，均勻分布在6個(gè)軌道上，與地球赤道傾角為55℃，軌道間平面交角60℃，平均離地距離為20200km，運(yùn)行周期為11h58min。對(duì)于地面部分，主要是由五個(gè)地面站組成，其中主控站是對(duì)地面所有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理的中心，對(duì)于信息注入站的任務(wù)是完成對(duì)主控站信息進(jìn)行注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)，以確保各注入信息的準(zhǔn)確性，如衛(wèi)星星歷、導(dǎo)航電文、控制指令等；對(duì)于監(jiān)測(cè)站主要是針對(duì)導(dǎo)航電文協(xié)助主控站完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)觀測(cè)與記錄。用戶部分主要是GPS數(shù)據(jù)接收設(shè)備及相應(yīng)的管理軟件等組成，作為用戶終端，其主要功能是接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的信號(hào)，并從導(dǎo)航及定位信息中將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并滿足對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)量的數(shù)據(jù)交互需要。從GPS定位原理來(lái)看，可以分為絕對(duì)定位和相對(duì)定位。對(duì)于絕對(duì)定位是借助于GPS系統(tǒng)，通過(guò)GPS用戶接受系統(tǒng)與GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位數(shù)據(jù)交互。對(duì)于GPS的絕對(duì)定位，還可以結(jié)合用戶天線狀態(tài)，分成靜態(tài)絕對(duì)定位和動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位[2]。對(duì)于相對(duì)定位，也成為差分GPS定位。其原理是通過(guò)兩臺(tái)GPS用戶接受終端，利用與GPS衛(wèi)星之間的同步信號(hào)來(lái)分別計(jì)算用戶基線端點(diǎn)的相對(duì)位置。通常在工程測(cè)量及變形測(cè)量中多采用相對(duì)定位方法。

二、GPS測(cè)量方法研究及優(yōu)勢(shì)總結(jié)

對(duì)于GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用，其方法主要依據(jù)作業(yè)模式而采用相應(yīng)的作業(yè)方法。通常分為靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位、快速靜態(tài)定位及準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位四種[3]。對(duì)于靜態(tài)及快速靜態(tài)定位方法的測(cè)量，主要是通過(guò)GPS系統(tǒng)對(duì)工程勘測(cè)階段中的地形、地面、線路、縱斷面等進(jìn)行測(cè)量。RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)在使用中以載波相位觀測(cè)值作為差分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，突破了實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)中無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)處理滯后而帶來(lái)的定位結(jié)果重復(fù)檢核，更能夠從無(wú)線數(shù)據(jù)通信中來(lái)獲得精度更高的控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，以一臺(tái)接收終端來(lái)作為參考，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的連續(xù)觀測(cè)。對(duì)于另一流動(dòng)接收機(jī)在信號(hào)接收的同時(shí)，也可以從無(wú)線傳輸設(shè)備上接收觀測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算得出相對(duì)定位的三維坐標(biāo)和測(cè)量值。如此一來(lái)，就可以大大減少觀測(cè)周期，提升觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量，提升觀測(cè)效率。通過(guò)對(duì)GPS測(cè)量數(shù)據(jù)精度與常規(guī)測(cè)量的對(duì)比，GPS技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有：一是實(shí)現(xiàn)了GPS點(diǎn)位的獨(dú)立運(yùn)行，不需要對(duì)GPS點(diǎn)位進(jìn)行相互通視，增強(qiáng)了測(cè)量的靈活性；二是定位精度大大提升，特別是利用載波相位技術(shù)進(jìn)行定位，其精度可達(dá)1ppm；三是自動(dòng)化程度更高，利用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，觀測(cè)員只需要將接收機(jī)安裝好，并對(duì)定位點(diǎn)天線高度、監(jiān)視器狀態(tài)、環(huán)境氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試后，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和記錄，從而增強(qiáng)了測(cè)量的便捷性；四是功能全，利用GPS測(cè)量技術(shù)能夠?qū)y(cè)定點(diǎn)進(jìn)行平面位置及高程的測(cè)量，還可以進(jìn)行RTK施工放樣測(cè)量；五是工作效率高，通過(guò)GPS測(cè)量及時(shí)，可以采用靜態(tài)定位對(duì)某一基線的觀測(cè)時(shí)間、精度需要，進(jìn)行快速靜態(tài)定位觀測(cè)，縮短時(shí)間至數(shù)分鐘。而對(duì)于RTK放樣測(cè)量，通常各個(gè)放樣點(diǎn)只需要1-2s，流動(dòng)站小組3-4人可以完成每小時(shí)5-10km的測(cè)量距離；若進(jìn)行地形信息測(cè)量，則可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)0.8-1.5km2地面圖形測(cè)繪任務(wù)。六是結(jié)合GPS衛(wèi)星定位及合理分布，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的連續(xù)觀測(cè)，基本不受天氣狀況的影響。

三、GPS技術(shù)在公路工程中測(cè)量應(yīng)用

在公路工程測(cè)量中，對(duì)于GPS的高精度、高效率優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用較為廣泛，特別是實(shí)時(shí)RTK公路測(cè)量，其應(yīng)用領(lǐng)域及效用更為突出。如在繪制大比例尺地形圖中，對(duì)于公路選線測(cè)量如果選用傳統(tǒng)測(cè)量方法，則需要進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)，并進(jìn)行碎步測(cè)量來(lái)繪制成圖；而利用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量，不僅節(jié)省測(cè)量時(shí)間，減少工作量，還能夠利用GPS自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速有效測(cè)量。在布設(shè)公路控制網(wǎng)中，利用GPS靜態(tài)觀測(cè)，可以在不需要定位點(diǎn)相互通視的條件下即可完成布設(shè)控制網(wǎng)任務(wù)。在公路工程施工控制測(cè)量中，利用實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，可以獲得實(shí)時(shí)的、高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，減少工作強(qiáng)度。在公路中線放樣測(cè)量中，可以利用實(shí)時(shí)GPS放樣，對(duì)各中樁點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行輸入，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算并得出放樣點(diǎn)位。同時(shí)各放樣點(diǎn)位都是獨(dú)立的，也不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，因此在中線放樣施工中應(yīng)用十分便捷。對(duì)于公路縱橫斷面的測(cè)量中，也可以利用GPS技術(shù)開(kāi)展野外實(shí)地采集斷面數(shù)據(jù)，利用自動(dòng)化技術(shù)可以完成縱斷面、以及各樁號(hào)的橫斷面數(shù)據(jù)信息?？傊诶肎PS技術(shù)對(duì)公路測(cè)量任務(wù)的應(yīng)用中，既可以克服傳統(tǒng)測(cè)量方法的精度誤差，又能從測(cè)量實(shí)時(shí)性、實(shí)用性上增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜地理環(huán)境的準(zhǔn)確測(cè)量。

[1]鐵中彪,王國(guó)俠.GPS與RTK在控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程.2014(30).

[2]周新良.長(zhǎng)遠(yuǎn)距離線路控制測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的建立與統(tǒng)一[J].科技與企業(yè).2012(14).

[3]李崇偉,花向紅,楊克明,邱衛(wèi)寧.GPS跨河水準(zhǔn)擬合方法研究與工程實(shí)踐[J].測(cè)繪地理信息.2014(06).