淺析GPS在公路工程測繪中的應用

廖驍濤

摘 要：GPS測量技術的出現和發展極大的促進地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。文章主要介紹GPS測量的基本原理及技術特點，并以公路工程測量為例，分析GPS在公路工程測繪中的實際應用。

關鍵詞：GPS；公路工程；測繪

我國經濟建設的迅速發展，推進我國路網建設的不斷發展。公路工程的建設通常工期緊，任務繁重，并且要求精度高，而路橋和隧道建設尤其突出，傳統的測量儀器已經不能再滿足于現代公路建設要求。GPS全球定位系統是一種新型測量技術，可以全天候高精度對公路工程建設進行的測量，極大促進路網建設地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。

1 GPS測量的基本原理

GPS全球定位系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統，主要由空間衛星群、地面監控系統及用戶設備三部分構成。GPS測量的基本原理是空間距離交會定點原理。也就是說，假設地面上有3個位置確定的無限電信號發射臺，將其位置坐標采用xi、yi、xi表示（其中i=1、2、3），在某一時刻，用戶設備采用無線電測距原理測出用戶設備到3個無限電發射臺的距離為Ri（其中i=1、2、3），則用戶設備的空間位置（xp、yp、zp）就可以用3個發射臺為球心，以測出的距離為半徑，采用距離交會原理計算得出。其數學計算模型表現如下。

而對于2個無限電信號發射臺，可以根據用戶設備的大概位置采用距離交會原理測出用戶設備的平面位置。GPS全球定位系統的基本原理就是將無線電信號發射臺轉變成太空中的衛星，從而組成一種衛星導航系統，其采用無限電測距交會定點原理就可根據地面上3個或以上用戶設備測量出衛星的空間位置，而利用3個或3個以上衛星的已知空間位置，就可以測量出用戶設備的空間位置。GPS全球定位系統采用的無限電測距交會定點原理同樣適用于航空導航攝影、地形測量及輪船導航定位等領域。

2 GPS測量的技術特點

GPS全球定位系統相比于傳統的測量儀器具有以下優勢：

2.1 測量站間距離無需通視

在我國路網建設中，測量站間的距離需要通視一直是公路工程測量中的技術難點，而GPS全球定位系統采用的無線電測交會定點原理很靈活的避免測量站間距離需要通視，然而在GPS全球定位系統測量過程中要注意測量站需要空曠，能有效的接收到GPS信號。

2.2 測量精確度高

在公路工程測量中，雙頻GPS-RTK設備靜態基線解算精度為：平面3mm+1ppm；高程5mm+2ppm。GPS全球定位系統會隨著測量距離的長度加長，測量距離的精確度更高，據相關資料顯示，在測量基線小于50公里的情況下，其固定誤差小于10mm，在測量基線為100至500公里的情況下，其固定誤差小于8mm。

2.3 測量時間短

與傳統測量儀器測量相比，采用GPS全球定位系統布設控制網測量距離的時間通常在30-40min內，而采用GPS全球定位系統快速靜態定位法測量的時間更短。

2.4 顯示三維坐標

GPS全球定位系統可以在測量出觀測站平面位置基礎上，精確的測量出觀測站距離地面的實際高程，顯示出準確的三維坐標。

2.5 簡單的操作技能

GPS全球定位系統是自動化測量，而現當代很多的用戶接收設備趨于小型化及簡單化，測量人員只需將點位對中，測量好天線的高度標準，然后打開電源即可自動化測量。GPS全球定位系統采用數字化軟件系統對測量出數據進行處理分析，從而精確的測量出測量點的三維空間位置。

2.6 全天候測量

GPS全球定位系統可以在任何地點、任何時間以及任何環境中進行測量，不會受到地域、時間及環境的影響，可以進行全天候的測量。

3 GPS在公路工程測繪中的實際應用

公路工程建設特點通常是蜿蜒、細長型建筑，公路工程的建設通常為數百公里，甚至高達數千公里，因此，對公路工程的建設測量點需要貫穿全線，并且要求測量點有效，且精確度高。GPS全球定位系統在公路工程測繪中的實際應用表述如下。

3.1 GPS網的測量技術設計

GPS網測量技術設計是公路工程測量的基礎工作，其工作主要根據GPS網測量用途及測量人員對測量的要求而制定的，主要內容包括GPS網測量精度指標的確定和網圖的設計。GPS測量精度指標的確定主要是根據測量的用途而確定，測量人員要根據實際需求和現實設備恰當的確定GPS網測量的精確等級。測量人員對GPS網的圖形設計十分重要，要注意GPS網設計的有效可靠性；GPS點要能和其它控制點通視以便聯測；要求至少有3個GPS點能與地面控制網點重合以便坐標參數的轉換；GPS點要盡量與水準點重合或與等級水準線聯測以便需要高程測量；GPS點盡量選擇在視野開闊、交通便利的地點，避免高壓線、微波輻射等干擾。

3.2 選擇有效測量點，布置路網

對于有效測量點的選取，路網的布置，測量人員要結合測量相關實際資料，如地形圖、高程系統及坐標等，并現在圖紙上設計，進而進行實地勘測選點。在選擇測量點時，要盡量滿足施工測量要求，選擇測量點的視野要開闊，有利于GPS接收設備信號的接受和布置，并且測量點要避免強電輻射區，周圍無大面積發射面而引起的路徑效應，測量點的布置要穩定牢固。測量人員要對路橋、隧道等重點工程項目的兩端和不同測量單位設置的接口處等端頭區域做好測量點的布置，盡量測量點選擇在便于交通及具有兩個或以上的通視方向，有利于聯合其它測量方式進行測量或擴展測量。

3.3 外業觀測

對于公路工程建設的測量，要求測量數據精確度較高，因此，公路工程建設外業觀測的通常采用靜態觀測法。靜態觀測法的主要步驟為點位對中、安置天線、打開電源接收信號及保存測量數據這四個步驟。

3.4 測量數據的處理分析

測量人員將外業觀測所測出的數據經數據線輸入計算機中，并利用數據處理軟件對測量數據的基線相量、閉合差進行校對，校對完成后進行網平差及坐標轉換，以得到公路工程建造線路所需的最終精確的測量結果。

4 結語

GPS測量技術的出現和發展極大的促進地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。GPS全球定位系統相比于傳統的測量儀器具有測量站間距離無需通視、測量精確度高、測量時間短、顯示三維坐標、操作簡單以及全天候測量等優勢，特別適用于地形復雜、測量困難的公路工程區域，并且數據結果全自動化處理，極大的提高測量工作效率及成果質量，在未來公路工程建造上具有很大的發展前景。

參考文獻

[1] 朱家兵.GPS在工程測繪中的應用[J].中國新技術新產品，2009，23（12）.

[2] 龍涌.GPS在工程測繪中的應用[J].中國高新技術企業，2009，22（18）.

[3] 徐貴南.GPS在公路工程控制測量中的應用[J].鐵道勘測與設計，2010，01（14）.

[4] 李偉.淺析GPS在公路工程測量中的應用[J].科技資訊，2013，05（24）.

摘 要：GPS測量技術的出現和發展極大的促進地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。文章主要介紹GPS測量的基本原理及技術特點，并以公路工程測量為例，分析GPS在公路工程測繪中的實際應用。

關鍵詞：GPS；公路工程；測繪

我國經濟建設的迅速發展，推進我國路網建設的不斷發展。公路工程的建設通常工期緊，任務繁重，并且要求精度高，而路橋和隧道建設尤其突出，傳統的測量儀器已經不能再滿足于現代公路建設要求。GPS全球定位系統是一種新型測量技術，可以全天候高精度對公路工程建設進行的測量，極大促進路網建設地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。

1 GPS測量的基本原理

GPS全球定位系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統，主要由空間衛星群、地面監控系統及用戶設備三部分構成。GPS測量的基本原理是空間距離交會定點原理。也就是說，假設地面上有3個位置確定的無限電信號發射臺，將其位置坐標采用xi、yi、xi表示（其中i=1、2、3），在某一時刻，用戶設備采用無線電測距原理測出用戶設備到3個無限電發射臺的距離為Ri（其中i=1、2、3），則用戶設備的空間位置（xp、yp、zp）就可以用3個發射臺為球心，以測出的距離為半徑，采用距離交會原理計算得出。其數學計算模型表現如下。

而對于2個無限電信號發射臺，可以根據用戶設備的大概位置采用距離交會原理測出用戶設備的平面位置。GPS全球定位系統的基本原理就是將無線電信號發射臺轉變成太空中的衛星，從而組成一種衛星導航系統，其采用無限電測距交會定點原理就可根據地面上3個或以上用戶設備測量出衛星的空間位置，而利用3個或3個以上衛星的已知空間位置，就可以測量出用戶設備的空間位置。GPS全球定位系統采用的無限電測距交會定點原理同樣適用于航空導航攝影、地形測量及輪船導航定位等領域。

2 GPS測量的技術特點

GPS全球定位系統相比于傳統的測量儀器具有以下優勢：

2.1 測量站間距離無需通視

在我國路網建設中，測量站間的距離需要通視一直是公路工程測量中的技術難點，而GPS全球定位系統采用的無線電測交會定點原理很靈活的避免測量站間距離需要通視，然而在GPS全球定位系統測量過程中要注意測量站需要空曠，能有效的接收到GPS信號。

2.2 測量精確度高

在公路工程測量中，雙頻GPS-RTK設備靜態基線解算精度為：平面3mm+1ppm；高程5mm+2ppm。GPS全球定位系統會隨著測量距離的長度加長，測量距離的精確度更高，據相關資料顯示，在測量基線小于50公里的情況下，其固定誤差小于10mm，在測量基線為100至500公里的情況下，其固定誤差小于8mm。

2.3 測量時間短

與傳統測量儀器測量相比，采用GPS全球定位系統布設控制網測量距離的時間通常在30-40min內，而采用GPS全球定位系統快速靜態定位法測量的時間更短。

2.4 顯示三維坐標

GPS全球定位系統可以在測量出觀測站平面位置基礎上，精確的測量出觀測站距離地面的實際高程，顯示出準確的三維坐標。

2.5 簡單的操作技能

GPS全球定位系統是自動化測量，而現當代很多的用戶接收設備趨于小型化及簡單化，測量人員只需將點位對中，測量好天線的高度標準，然后打開電源即可自動化測量。GPS全球定位系統采用數字化軟件系統對測量出數據進行處理分析，從而精確的測量出測量點的三維空間位置。

2.6 全天候測量

GPS全球定位系統可以在任何地點、任何時間以及任何環境中進行測量，不會受到地域、時間及環境的影響，可以進行全天候的測量。

3 GPS在公路工程測繪中的實際應用

公路工程建設特點通常是蜿蜒、細長型建筑，公路工程的建設通常為數百公里，甚至高達數千公里，因此，對公路工程的建設測量點需要貫穿全線，并且要求測量點有效，且精確度高。GPS全球定位系統在公路工程測繪中的實際應用表述如下。

3.1 GPS網的測量技術設計

GPS網測量技術設計是公路工程測量的基礎工作，其工作主要根據GPS網測量用途及測量人員對測量的要求而制定的，主要內容包括GPS網測量精度指標的確定和網圖的設計。GPS測量精度指標的確定主要是根據測量的用途而確定，測量人員要根據實際需求和現實設備恰當的確定GPS網測量的精確等級。測量人員對GPS網的圖形設計十分重要，要注意GPS網設計的有效可靠性；GPS點要能和其它控制點通視以便聯測；要求至少有3個GPS點能與地面控制網點重合以便坐標參數的轉換；GPS點要盡量與水準點重合或與等級水準線聯測以便需要高程測量；GPS點盡量選擇在視野開闊、交通便利的地點，避免高壓線、微波輻射等干擾。

3.2 選擇有效測量點，布置路網

對于有效測量點的選取，路網的布置，測量人員要結合測量相關實際資料，如地形圖、高程系統及坐標等，并現在圖紙上設計，進而進行實地勘測選點。在選擇測量點時，要盡量滿足施工測量要求，選擇測量點的視野要開闊，有利于GPS接收設備信號的接受和布置，并且測量點要避免強電輻射區，周圍無大面積發射面而引起的路徑效應，測量點的布置要穩定牢固。測量人員要對路橋、隧道等重點工程項目的兩端和不同測量單位設置的接口處等端頭區域做好測量點的布置，盡量測量點選擇在便于交通及具有兩個或以上的通視方向，有利于聯合其它測量方式進行測量或擴展測量。

3.3 外業觀測

對于公路工程建設的測量，要求測量數據精確度較高，因此，公路工程建設外業觀測的通常采用靜態觀測法。靜態觀測法的主要步驟為點位對中、安置天線、打開電源接收信號及保存測量數據這四個步驟。

3.4 測量數據的處理分析

測量人員將外業觀測所測出的數據經數據線輸入計算機中，并利用數據處理軟件對測量數據的基線相量、閉合差進行校對，校對完成后進行網平差及坐標轉換，以得到公路工程建造線路所需的最終精確的測量結果。

4 結語

GPS測量技術的出現和發展極大的促進地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。GPS全球定位系統相比于傳統的測量儀器具有測量站間距離無需通視、測量精確度高、測量時間短、顯示三維坐標、操作簡單以及全天候測量等優勢，特別適用于地形復雜、測量困難的公路工程區域，并且數據結果全自動化處理，極大的提高測量工作效率及成果質量，在未來公路工程建造上具有很大的發展前景。

參考文獻

[1] 朱家兵.GPS在工程測繪中的應用[J].中國新技術新產品，2009，23（12）.

[2] 龍涌.GPS在工程測繪中的應用[J].中國高新技術企業，2009，22（18）.

[3] 徐貴南.GPS在公路工程控制測量中的應用[J].鐵道勘測與設計，2010，01（14）.

[4] 李偉.淺析GPS在公路工程測量中的應用[J].科技資訊，2013，05（24）.

摘 要：GPS測量技術的出現和發展極大的促進地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。文章主要介紹GPS測量的基本原理及技術特點，并以公路工程測量為例，分析GPS在公路工程測繪中的實際應用。

關鍵詞：GPS；公路工程；測繪

我國經濟建設的迅速發展，推進我國路網建設的不斷發展。公路工程的建設通常工期緊，任務繁重，并且要求精度高，而路橋和隧道建設尤其突出，傳統的測量儀器已經不能再滿足于現代公路建設要求。GPS全球定位系統是一種新型測量技術，可以全天候高精度對公路工程建設進行的測量，極大促進路網建設地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。

1 GPS測量的基本原理

GPS全球定位系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統，主要由空間衛星群、地面監控系統及用戶設備三部分構成。GPS測量的基本原理是空間距離交會定點原理。也就是說，假設地面上有3個位置確定的無限電信號發射臺，將其位置坐標采用xi、yi、xi表示（其中i=1、2、3），在某一時刻，用戶設備采用無線電測距原理測出用戶設備到3個無限電發射臺的距離為Ri（其中i=1、2、3），則用戶設備的空間位置（xp、yp、zp）就可以用3個發射臺為球心，以測出的距離為半徑，采用距離交會原理計算得出。其數學計算模型表現如下。

而對于2個無限電信號發射臺，可以根據用戶設備的大概位置采用距離交會原理測出用戶設備的平面位置。GPS全球定位系統的基本原理就是將無線電信號發射臺轉變成太空中的衛星，從而組成一種衛星導航系統，其采用無限電測距交會定點原理就可根據地面上3個或以上用戶設備測量出衛星的空間位置，而利用3個或3個以上衛星的已知空間位置，就可以測量出用戶設備的空間位置。GPS全球定位系統采用的無限電測距交會定點原理同樣適用于航空導航攝影、地形測量及輪船導航定位等領域。

2 GPS測量的技術特點

GPS全球定位系統相比于傳統的測量儀器具有以下優勢：

2.1 測量站間距離無需通視

在我國路網建設中，測量站間的距離需要通視一直是公路工程測量中的技術難點，而GPS全球定位系統采用的無線電測交會定點原理很靈活的避免測量站間距離需要通視，然而在GPS全球定位系統測量過程中要注意測量站需要空曠，能有效的接收到GPS信號。

2.2 測量精確度高

在公路工程測量中，雙頻GPS-RTK設備靜態基線解算精度為：平面3mm+1ppm；高程5mm+2ppm。GPS全球定位系統會隨著測量距離的長度加長，測量距離的精確度更高，據相關資料顯示，在測量基線小于50公里的情況下，其固定誤差小于10mm，在測量基線為100至500公里的情況下，其固定誤差小于8mm。

2.3 測量時間短

與傳統測量儀器測量相比，采用GPS全球定位系統布設控制網測量距離的時間通常在30-40min內，而采用GPS全球定位系統快速靜態定位法測量的時間更短。

2.4 顯示三維坐標

GPS全球定位系統可以在測量出觀測站平面位置基礎上，精確的測量出觀測站距離地面的實際高程，顯示出準確的三維坐標。

2.5 簡單的操作技能

GPS全球定位系統是自動化測量，而現當代很多的用戶接收設備趨于小型化及簡單化，測量人員只需將點位對中，測量好天線的高度標準，然后打開電源即可自動化測量。GPS全球定位系統采用數字化軟件系統對測量出數據進行處理分析，從而精確的測量出測量點的三維空間位置。

2.6 全天候測量

GPS全球定位系統可以在任何地點、任何時間以及任何環境中進行測量，不會受到地域、時間及環境的影響，可以進行全天候的測量。

3 GPS在公路工程測繪中的實際應用

公路工程建設特點通常是蜿蜒、細長型建筑，公路工程的建設通常為數百公里，甚至高達數千公里，因此，對公路工程的建設測量點需要貫穿全線，并且要求測量點有效，且精確度高。GPS全球定位系統在公路工程測繪中的實際應用表述如下。

3.1 GPS網的測量技術設計

GPS網測量技術設計是公路工程測量的基礎工作，其工作主要根據GPS網測量用途及測量人員對測量的要求而制定的，主要內容包括GPS網測量精度指標的確定和網圖的設計。GPS測量精度指標的確定主要是根據測量的用途而確定，測量人員要根據實際需求和現實設備恰當的確定GPS網測量的精確等級。測量人員對GPS網的圖形設計十分重要，要注意GPS網設計的有效可靠性；GPS點要能和其它控制點通視以便聯測；要求至少有3個GPS點能與地面控制網點重合以便坐標參數的轉換；GPS點要盡量與水準點重合或與等級水準線聯測以便需要高程測量；GPS點盡量選擇在視野開闊、交通便利的地點，避免高壓線、微波輻射等干擾。

3.2 選擇有效測量點，布置路網

對于有效測量點的選取，路網的布置，測量人員要結合測量相關實際資料，如地形圖、高程系統及坐標等，并現在圖紙上設計，進而進行實地勘測選點。在選擇測量點時，要盡量滿足施工測量要求，選擇測量點的視野要開闊，有利于GPS接收設備信號的接受和布置，并且測量點要避免強電輻射區，周圍無大面積發射面而引起的路徑效應，測量點的布置要穩定牢固。測量人員要對路橋、隧道等重點工程項目的兩端和不同測量單位設置的接口處等端頭區域做好測量點的布置，盡量測量點選擇在便于交通及具有兩個或以上的通視方向，有利于聯合其它測量方式進行測量或擴展測量。

3.3 外業觀測

對于公路工程建設的測量，要求測量數據精確度較高，因此，公路工程建設外業觀測的通常采用靜態觀測法。靜態觀測法的主要步驟為點位對中、安置天線、打開電源接收信號及保存測量數據這四個步驟。

3.4 測量數據的處理分析

測量人員將外業觀測所測出的數據經數據線輸入計算機中，并利用數據處理軟件對測量數據的基線相量、閉合差進行校對，校對完成后進行網平差及坐標轉換，以得到公路工程建造線路所需的最終精確的測量結果。

4 結語

GPS測量技術的出現和發展極大的促進地籍測量工作，現已廣泛運用于大地測量、工程測量及地形測量等各種領域行業。GPS全球定位系統相比于傳統的測量儀器具有測量站間距離無需通視、測量精確度高、測量時間短、顯示三維坐標、操作簡單以及全天候測量等優勢，特別適用于地形復雜、測量困難的公路工程區域，并且數據結果全自動化處理，極大的提高測量工作效率及成果質量，在未來公路工程建造上具有很大的發展前景。

參考文獻

[1] 朱家兵.GPS在工程測繪中的應用[J].中國新技術新產品，2009，23（12）.

[2] 龍涌.GPS在工程測繪中的應用[J].中國高新技術企業，2009，22（18）.

[3] 徐貴南.GPS在公路工程控制測量中的應用[J].鐵道勘測與設計，2010，01（14）.

[4] 李偉.淺析GPS在公路工程測量中的應用[J].科技資訊，2013，05（24）.