論GPS技術在公路工程測量中的應用

楊志向 梁俊峰

【摘要】伴隨著我國公路工程測量技術的發展，GPS技術獲得了普遍的應用，在理論與實踐中如何更好地發揮GPS技術的作用，需要我們進一步去探究。在我國公路工程中，因為線路長、施工質量要求高以及測量時間較緊迫等各方面的原因，需要一種較精確、快速、便捷的測量技術，由于GPS測量技術的優點逐步地取代傳統的測量技術，因此GPS成為了公路測量上的重要測量技術。文章主要分析了GPS系統構成，CPS測量技術特征，在公路工程測量中GPS的應用。

【關鍵詞】GPS技術；公路測量；

前言：

科學技術在不斷地發展，為了保證公路的質量問題對公路的測量技術精確性要求越來越高。由于 GPS系統可以向全球用戶全方位地提供高精確度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術參數，因此GPS技術在我國公路上得到了更廣泛的推廣和應用。在與此同時，我們必須了解一下GPS系統的結構以及它公路測量領域的應用特點。

一、GPS的概念

GPS，即全球衛星定位系統，是目前近幾年里發展起來的具有全球性、全能性、全方位性優勢的導航定位、定時、測速系統。由于GPS技術所具有的全方位性、高精確度、和自動測量的特點，成為了最先進的測量手段。GPS步入了國民經濟建設中，成為國防建設和社會發展的各個領域的新應用。

GPS系統組成是由GPS三大子系統構成：地面監控系統、空間衛星系統、用戶接受系統。

1、地面控制系統，GPS的地面控制系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站，主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據計算衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等并將這些數據通過注入站注入到衛星中去；同時還對衛星進行控制，向衛星發布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態。注入站的作用是將主控站計算的數據注入到衛星中去。GPS地面控制系統主要設立在大西洋、印度洋、大平洋和美國本土。

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

3、GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛星發出的信號，利用信號進行導航定位等。

二、GPS測量技術的特征

1、 GPS技術能夠提供三維坐標。通過GPS對觀測站平面位置進行準確測量的時，可以精確測定觀測站的大地程度。

2、GPS技術能夠使觀測的時間短。采用GPS布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在30s到40s左右，采用快速靜態定位方法，觀測時間更短。當短基線小于20公里時，相對迅速定位通常僅需5分鐘的觀測時間。

3、GPS技術能夠使測站之間無通視。測量學中測站之間彼此的通視始終屬于難題。CPS這一特點產生了更加方便靈活的選點。但是要求必須具有開闊的測量空間，以便GPS衛星接收信號不會受到干擾。

4、GPS技術操作簡便

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。結束觀測時，僅需關閉電源，收好接機，便完成了野外數據采集任務。

三、GPS測量技術在公路工程的中的應用

1、公路工程測量動態GPS技術的應用

公路工程測量動態GPS技術的應用表現為實時動態定位技術的應用，它具有高精確度、高效率的優點。這一技術具體是將載波相位觀測數值作為前提的實時差分技術，它是發展GPS測量技術的重要創新研究，在公路工程中具有極其廣泛的應用前景。實時動態定位包含了基準和流動站，對實時動態測量進行保證的重要措施便是構建無限通訊數據，基本原理設計基準點為較高精度取位點的首級控制點，在參考站設置一臺接收機，連續觀測衛星，位于流動站上的接收機對衛星信號進行接收的同時，利用電傳無線電設備對基準站上的觀測數據進行接收，按照相對定位的基本原理隨機計算機實時顯示計算流動站的測量精度與三維坐標。這樣使用者便能夠對待測點的數據觀測質量與解算基線結果的收斂狀況實時監測，綜合待測點的精度要求，明確觀測時間，進一步對多余的觀測有效減少，最終提升工作效率，在勘測公路階段動態定位方式能夠實現測繪地形、測量中樁、橫斷面、縱斷面地面線等工作。測量整體過程不要求將通視作為前提，經過1-3秒的測量，可以達到10-30mm的精度，體現出了普通測量儀器無法比擬的優勢。實時動態技術具備重要優點：實時動態顯示的結果是通過可靠性檢驗獲得的厘米精度，有效克服了由于粗差產生的工程返工，進一步提升GPS的操作效率，具有極高的操作效率，每一個放置點僅需要1-2S的滯留時間，1-3人就能夠實施5-10km的中線測量。

2、公路工程測量中GPS靜態測量技術的應用

第一，初步勘察路線和選擇GPS地址。在外業測量時，必須安排人員進行初步勘察路線的走向，觀察沿線可以作為GPS點的具體位置。查看附近路線GPS高等級點便于實施聯網。

第二，設計GPS點控制網。應當聯系公路具體等級、沿線具有的地物地形、操作中的衛星情況、精準度要求等綜合設計GPS控制網。由于GPS控制網屬于首級公路控制網，需要利用其它測量方法實施加密。因此在沿著兩側路線間隔5-10米距離布置互相一對通視的GPS點。理論上分析利用GPS點進行觀測時僅需要將儀器設置在3個GPS點上同時進行觀測就能明確這些點的具體坐標。聯系公路自身的特點可以使用4臺儀器同時對4個GPS點進行觀測，這樣能夠有效測量全線的速度。

第三，選擇GPS點和埋石。應當根據技術相關設計要求選點這樣有利于使用其他測量方法進一步擴展與聯測。

第四，設置儀器進行觀測。在DPS4個觀測點同步有效的觀測衛星數量是否達到了規定要求。在外業觀測過程中要求觀測時間必須超過半個小時，觀測有效衛星數量超過4個。

第五，處理觀測數據。結束外業觀測之后在計算機中輸入GPS中的數據，應用對應的處理數據軟件，及時處理和分析數據質量。這一過程具體包括檢核與計算基線、計算GPS控制網平差。

第六，加密CPS控制網。通過全站儀附合導線測量的方法實施加密首級GPS控制網操作。根據GPS的分布把路線分成若干段，對每一段獨立實行導線附合測量，確保每一段附合導線都將GPS點作為起始和終止點。

第七，計算導線點坐標和平差。在計算機中傳入每一段測量附合導線的數據并且實施角度、距離平差最終獲得結果。

結束語：

綜上所述，隨著我國城市建設規模日益擴大，GPS技術應用在我國公路測量中取得了很好的效果和成功經驗，也充分的證明了GPS的優越性。GPS技術作為今后公路建設工程的重點測量方式，不僅要保證工程進度，而且還要確保其精度。

參考文獻：

[1]劉三枝.GPS定位技術與應用.課程教學改革研究[J].礦山測量，2005.

[2]王瑞忠.如何利用GPS進行公路工程控制測量[J].公路交通科技，2011.4.

[3]王坤.公路測量中GPS 的應用與分析[J].林業調查規劃，2009（1）

[4] 盧孝益.GPS在公路工程測量中的應用，浙江省交通規劃設計研究院，2011