淺談GPS在公路測量中的應用

【摘要】由于GPS測量系統具有高精度、快速度、低費用等優越性，被廣泛的應用于公路建設中，本文結合筆者的多年工作經驗，對GPS在公路測量中的應用進行了簡要的探討，供同行參考。

【關鍵詞】GPS；公路；工程測量

GPS定位是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。本文結合實際工作，主要介紹了GPS在公路控制測量中應用的具體方法。

1 GPS的測量原理

GPS中文全稱為全球定位系統，是隨著衛星技術、無線電技術及其他高科技的發展而建立起來的衛星導航定位系統。美國從20世紀70年代開始研究全球定位系統GPS，最終全面建成干1994年，GPS具有高精度、全天候、多功能、高效益、操作簡便、自動化等顯著優點，能海陸空進行全方位實時定位與三維導航，被廣泛運用于大地測量和工程測量。

1.1 GPS測量組建的構成

GPS測量系統由空間衛星星座、地面監控站和用戶設備幾個部分組成。GPS空間衛星星座具有工作衛星21顆，軌備用衛星3顆，如果高度角超過l50，那么在地球的任一地點、任一時刻，平均有6顆衛星可以同時被觀測到，多的可達到9顆；GPS地面監控站組成部分是分布在全球的主控站一個、注入站三個，還有五個檢測站；GPS用戶設備主要由三個部件構成：GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備。

1.2 GPS構成各部分的運行原理

衛星用L波段的兩個無線電載波向用戶設備不間斷地發射含有衛星的位置信息的導航定位信號，衛星因此成為了一個動態的已知點。

地面監測站，首先主控站根據各監測站對GPS衛星的觀測數據，計算各衛星的鐘差參數、軌道參數等，接著編制導航電文并傳送到注入站，最后再通過注入站將收到的導航電文數送到相應衛星的存儲器中。按一定衛星高度截止角，GPS接收機可捕獲到所選擇的待測衛星的信號，有效地跟蹤衛星的運行，實現對信號進行交換、放大以及處理，再借助軟件，利用基線解算、網平差等方法，求出測站點的三維坐標。

2 GPS測量的缺陷和特點

(1)常規測量方法對附合導線長、閉合導線長及結點導線間長度等有嚴格規定，一般對于高等級公路均要求達到一級導線要求。這樣，導線附合或閉合長度最長不得超過10km，結點導線結點間距不能超過附合導線長度的0.7倍。這種要求一般在實際作業中難以達到，往往出現超規范作業。

(2)搜集到的用于路線測量控制的起算點一般很難保證為同一測量系統，國測、軍測、城市控制點往往混雜一起，這就存在系統間的兼容性問題，如果用不兼容的起算點，勢必影響測量質量。

(3)國家大地點破壞嚴重，影響測量作業。由于國家基礎控制點，大多為20世紀五六十年代完成，經過30多年，有些點由于經濟建設的需要被破壞，有些點則由于人們缺乏知識遭人為破壞。在這些地區進行路線測量作業，往往在50km以上均找不到導線的聯測點。這樣路線控制測量的質量得不到保證。

(4)地面通視困難往往影響常規測量的實施。一般路線的控制點要求布設在距路線的300m范圍內。由于通視的原因，這一條件難以滿足，甚至在大范圍密林、密灌及青紗帳地區，根本無法實施常規控制測量。

3 GPS的測量優點

3.1 無需通視

測站間相互通視一直是測量學的難題。采用GPS技術測設方格網，比常規方法適應性更強，網形構造簡單，點的疏密和邊的長短可靈活選取，即使離已知控制點較遠也可以連接，并進行控制網的定位和定向。另外，它解決了點位之間無法通視的困難，選點靈活，不需要高標同時還可以保證外業施測不受天氣影響。測設大型方格網和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優越性。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

3.2 定位精度高

定位精度上，GPS測量精度與紅外儀差不多，不過距離較遠時，GPS測量優越性就得到了充分的顯現。GPS方格網點位、精度高，能夠有效符合道路工程施工規范的要求，精度儲備很高。同時作為方格網測量精度指標，與相對中誤差相比采用點位中誤差來表示精度指標更為合理、可行。

3.3 操作簡便

GPS測量的自動化程度很高。在觀測中測量員的主要任務是安裝并開關儀器、量取儀器高和監視儀器的工作狀態，而其他觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

3.4 測量效率高

采用GPS布設控制網，每個測站上的觀測時間一般在30min～40min左右，觀測時間短。布設道路工程控制網，圖形強度系數高提高了點位趨近速度，促進了道路網形優化。另外，采用GPS-RTK測設建筑方格網，一個參考站可有多臺流動站作業，單人可以完成整個作業，有效降低了勞動強度，提高了工程效率。

4 GPS在公路測量上的運用

GPS的靜態和動態兩大功能可以被運用于公路工程中的測量。靜態功能，通過接收衛星信息來確定地面某一具體點的三維坐標；動態功能，通過衛星系統，在地面上進行已知的三維坐標點位的實地放樣。

4.1 用于繪制大比例尺地形圖

道路工程上大多是在大比例尺的帶狀地形圖上進行高等級公路選線的，繪制大比例尺地形圖是選線的關鍵。傳統方法測圖流程要經歷立控制點和碎部測量，最后才能繪制出大比例尺地形圖，具體實施時速度慢，工作量大，因此費時很長。

應用實時GPS系統動態測量則可以解決工作量和速度的問題。GPS測量在沿線每個碎部點上只需停留一兩分鐘，各點的坐標和高程就可能被測得，測量快捷，而且測量結果精確，繪制大比例尺地形圖只需采集碎部點的坐標和屬性信息，應用實時GPS系統動態測量，有效降低了繪圖難度，既省時又省力，是一種非常實用方法。

4.2 用于道路橫縱斷放樣以及土石方量計算

道路的橫縱斷放樣，利用GPS系統進行橫、縱斷放樣時，先確定出橫斷面的形式，把橫斷面的設計數據輸入電子手簿中，一個施工測設放樣點文件就此生成并儲存起來，因此，隨時可以到現場放樣測設；通過繪圖軟件，可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖。

系統軟件能夠自動與地面線銜接實施“戴帽”工作，以及利用“斷面法”完成土方量計算。GPS系統所用數據不需要到現場進行測量，測繪地形圖時就可以完成數據的采集，工作量能大大減少，與傳統方法相比動態GPS，既經濟又實用。

4.3用于道路中線放樣

GPS實時測量，只要把中樁樁號輸入到GPS電子手簿中，系統軟件能夠自動定出放樣點的點位及坐標，考慮到每個點的都是獨立測量的，不會產生累計誤差，各點放樣精度一致度高，對于工程來說這很重要。

道路路線構成形態主要是直線、曲線或圓曲線等等，利用GPS進行放樣時，只需先輸入各主控點樁號，然后輸入起終點的直線距離、方位角、圓曲線半徑、曲線距離等相關數據，就可以完成放樣，所有工作都交給由GPS電子手簿來完成，實施中簡便且實用。

5 結束語

全球定位系統GPS是運用距離交會法的一種衛星導航系統，它的基準是衛星在軌道上的實時位置，觀測接收機與衛星的實時距離，可以同步觀測4顆以上衛星到達接收機的距離，在WGS-84坐標系內運用后方交會法來確定接收機的瞬時位置。在具體的工程測量領域，GPS系統已廣泛用于工程測量、大地測量、地形測量以及航空攝影測量等各個方面，該系統具有外業進度快、技術先進等優點，同時隨著實踐過程在應用中的摸索，GPS在公路測量中思路、操作方法及和工作流程也在逐步科學化、規范化。

參考文獻

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