淺析GPS測量技術(shù)在公路工程中的運用

胡擴遠+李樹坤+曹方剛

摘要：隨著全球定位系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，在公路工程測量行業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。在公路工程測量行業(yè)中想要更加優(yōu)越的發(fā)揮出GPS技術(shù)作用，從純理論到實踐操作還有一定的差距?；谏鲜鲈颍诜治隽斯饭こ虦y量行業(yè)中使用GPS技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，簡單闡述下路橋變形檢測雙頻GPS有關(guān)推算內(nèi)容。最后希望GPS的應(yīng)用前景更加寬廣。

關(guān)鍵詞：公路工程，測量，GPS，靜態(tài)定位，動態(tài)定位

中圖分類號： P228 文獻標識碼：B

引言：當下，GPS技術(shù)的飛速發(fā)展已在公路工程測量中得到廣泛應(yīng)用。但是如何更優(yōu)越地發(fā)揮GPS技術(shù)和在公路工程測量中應(yīng)用，提高工作效率，從純理論到實踐操作還有一定的差距。因此，根據(jù)實際作業(yè)的工作經(jīng)驗得出：GPS技術(shù)的優(yōu)點：精度高，不受時間限制、全天候作業(yè)，不受通視條件等影響。此等工程又是時間緊、任務(wù)重、質(zhì)量高的重點工程。因此，作為前期工程的控制測量，采用GPS作業(yè)是特別理想的作業(yè)方式。接下來簡單闡述下GPS作業(yè)技術(shù)的特點。

一、GPS作業(yè)在公路工程測量中特點

依據(jù)多年的測繪工作所得，公路工程測量行業(yè)中使用GPS作業(yè)的特點主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）實時定位，解算速度快、精度高。對導(dǎo)航用戶而言，需要知道自己所處的實時位置。假如利用子午衛(wèi)星系統(tǒng)要測若干段時間后才能獲得定位數(shù)據(jù)；而GPS技術(shù)利用觀測數(shù)據(jù)實時解算獲得定位結(jié)果，具有較高的實時性。

（2）對環(huán)境要求低無需通視。常規(guī)測量設(shè)站點與測量點之間必須通視才能測量，而GPS測量就是點與點之間無需通視，測點能夠接收足夠的衛(wèi)星信號就可進行定位測量。因此作業(yè)可以減少支點，給測量作業(yè)帶來方便、節(jié)省費用和時間，能夠提高測量的速度和精度。

（3）外業(yè)操作簡便。GPS測量作業(yè)的自動化程度高。GPS接收機日益趨于小和操作簡便化，作業(yè)人員只需將天線對中、整平，量取天線高、打開電源、設(shè)置好儀器參數(shù)即可進行測量，利用配套數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行解算即求得測點三維坐標。其它工作如衛(wèi)星的捕獲、衛(wèi)星跟蹤觀測整周模糊度解算等皆由儀器自動完成。

二、GPS作業(yè)缺陷

基于上述GPS 技術(shù)的優(yōu)點，因而在地質(zhì)勘探作業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時也有不足， 主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

l 、受衛(wèi)星狀況限制。當衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國是最佳的時候，有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區(qū)，城市高樓密布區(qū)域 ，衛(wèi)星信號被遮擋時間較長，使一天中一可作業(yè)時間受限制。作業(yè)時間受限制可由選擇作業(yè)時間來解決。

2 、高空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到 5 顆衛(wèi)星，因此初始化時間長甚至不能初始化，就無法進行測量。

3 、精度和穩(wěn)定性問題。 GPS 測量精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，這是由于 GPS 較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的原因。不同質(zhì)量的系統(tǒng)，其精度和穩(wěn)定性差別較大。

4 、電量不足問題。 GPS 耗電量較大，需要多個大容斌電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏的偏遠作業(yè)區(qū)受到限制。

三、公路工程測量中利用GPS技術(shù)進行控制測量

1、 測前準備

GPS RTK內(nèi)存數(shù)據(jù)容量，分析測點所處的環(huán)境，預(yù)測最佳觀測時間；檢查儀器的設(shè)置：儀器所處的模式是靜態(tài)或動態(tài)、衛(wèi)星高度截止角、數(shù)據(jù)采樣頻率、天線的類型等。

2、 數(shù)據(jù)傳輸

傳輸前需要檢查每個時段內(nèi)記錄的數(shù)據(jù)量是否接近、剔除無效數(shù)據(jù)；設(shè)置數(shù)據(jù)參數(shù)；傳輸前檢查傳輸軟件的設(shè)置是否和所用的儀器匹配；為方便以后解算使用傳輸時記錄好點名和時段，同時拷貝備用；

3、 數(shù)據(jù)處理

（1）基線向量解算時，可根據(jù)不同情況，設(shè)置好是解算部分基線還是解算全部基線， 軟件自動解算；

（2） 基線向量解算后，可初步檢査一下評判各基線的置信參數(shù)，檢査同步環(huán)、異步環(huán)等閉合差， 檢査不同時段同一條邊的較差， 査出超限原因， 剔除有粗差的基線；

4.平差計算

GPS定位成果屬于 WGS-84大地坐標系， 而實用的測量成果是屬于國家坐標系或地方坐標系，綜上所述，必須解決成果的坐標系轉(zhuǎn)換問題。

（1） 基線向量解算后的平差分為三類：（1）無約束平差，（2）約束平差，（3）聯(lián)合平差。日前，對于絕大多數(shù)的地區(qū)聯(lián)合平差是解決 GPS網(wǎng)成果轉(zhuǎn)換的有效手段，也是絕大多數(shù)的地區(qū)目前唯一行之有效的方法。因此 GPS網(wǎng)一般要聯(lián)測3-5個已知點；

（2） GPS基線向量網(wǎng)成果的內(nèi)精度分析：根據(jù)無約束平差成果分析，主要考察基線向量觀測值改正數(shù)、 各點坐標中誤差、 點位中誤差、 GPS基線向量邊的方位和邊長相對精度， 若發(fā)現(xiàn)有明顯粗差， 則要在聯(lián)合平差前剔除。

三、坐標轉(zhuǎn)換與高程計算

道路中線各點的坐標都是表示在線路坐標系中的， 而 GPS 衛(wèi)星采用的是WGS-84坐標系統(tǒng)， 測量的結(jié)果也是屬于該坐標系的， 因此要把該結(jié)果實時轉(zhuǎn)換到線路坐標系中才能使兩者進行比較。另外， 在平面位置滿足要求以后還要其高程信息， 而 GPS測得的是大地高， 還要將其轉(zhuǎn)換為水準高才能繪制橫斷面圖。

（1）坐標轉(zhuǎn)換

為在定測中運用 RTK技術(shù)，應(yīng)首先建立 RTK作業(yè)的基準站網(wǎng)絡(luò)，即控制網(wǎng) 。 點之問的距離可以是幾公里或十幾公里，這此點構(gòu)成線路的首級控制網(wǎng)，它不僅有 wGS-84坐標， 同時也有線路坐標系的坐標。在 RTK作業(yè)時應(yīng)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)以進行兩種坐標系的實時轉(zhuǎn)換，在兩個控制點間的線路應(yīng)選用該兩點的兩套坐標求轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（2）高程計算

在線路工程中完個用 GPS 替代基平測量尚有一定的困難，基平仍由水準或三角高程測量來完成，基平一般每 l～2 km 布設(shè)一個水準點，在基平點選擇及 GPS 線路控制時應(yīng)顧及兩者有足夠多的重合點，這樣保證每 2～ 3 kn 有一個重合點，這時采用擬合模型其誤差就能得到有效的控制，擬合后相對于基平水準點高程中誤差可在 2～3 cm 以內(nèi)，這樣的精度可以滿足中平測量以及野外地形數(shù)據(jù)采集對高程的精度要求

五、結(jié)束語

GPS技術(shù)已經(jīng)在公路工程測量中引起了重大變革，帶來了空前的高效率、低強度的作業(yè)模式。隨著最新興的計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線電通信技術(shù)和全球定位技術(shù)于一身的的先進的多基站GPS RTK算法的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，高精度全球定位系統(tǒng)的發(fā)展進入了一個新的階段，隨著它的推廣和應(yīng)用，GPS技術(shù)在道路測量中的應(yīng)用極大的拓展，從源頭上提升了公路工程測量的精度和作業(yè)效率，降低了人力物力的消耗。因此我堅信GPS測量技術(shù)在公路工程的測量中會越走越遠。

參考文獻：

【1】李貴兵.GPS測量技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用特點探討[J].工程技術(shù)，2010 （NO3）：83

【2】康二剛.GPS在公路工程控制測量中的應(yīng)用[J].鐵道勘測與設(shè)計，2009.06：73-74

【4】高永甲，孫加強，GPSRTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用[J]，物探裝備，2009.02：56-59endprint