珠海橫琴新區環島北片主、干道路市政道路工程GPS的運用

[摘要]隨著近些年來國產GPS-RTK儀器的大量出現，GPS空間定位精度的不斷提高以及GPS-RTK儀器價格的大幅度下降，GPS-RTK技術已被廣泛應用于控制測域、地形測量、市政工程測量中。文章結合珠海市橫琴新區環島北片主、次干路市政道路工程全過程的工程測量，介紹GPS技術的基本原理、優勢以及應注意的問題。

[關鍵詞]GPS-RTK；RTK測量；市政工程GPS的工作原理

全球定位系統（Global Positioning System，GPS）是美國國防部為了滿足軍事部門對海上、陸地和空中設施進行高精度導航和定位的要求而建立的新一代衛星導航系統。是美國繼阿波羅登月和航天飛機之后的第三大空間工程.GPS系統的組成可分為：（1）空間衛星星座部分（2）地面監控部分（3）用戶設備部分。前兩部分是用GPS進行定位的基礎，用戶只有借助于用戶設備才可達到定位的目的。該系統由24顆衛星組成，分別沿6個軌道平面運行，還有3顆衛星一直處于熱備份狀態，總計24顆。但在軌道上運行的GPS衛星總數實際上是變動的，彼此各以60。角度相交。每個軌道面上有4顆衛星，衛星軌道為圓形，遠行周期為11小時58分，這樣的衛星分布，可保證全球任何地區、任何時刻有不少于4顆衛星以供觀測。

工程概況

擬建市政道路沿線現狀地面主要為焦林地、魚塘、灘涂、河涌、丘陵地多數為原始地貌，道路等級為城市主、次干路，四、六幅路。地層中分布有較深厚淤泥層，道路施工前需進行軟基處理。現狀場地標高為2.31（河涌）-27.2m（丘陵地）不等，多為原始地貌。地表復雜，全站儀、水準儀等傳統儀器受限制。

1、選擇作業時段

道路沿線地物地貌復雜多變，為獲取完整的數據，必須根據衛星可見預報和天氣預報選擇最佳觀測時段。衛星的幾何分布越好，定位精度就越高，根據預測結果合理安排工作計劃。

2、建立測區平面控制網

根據中線放樣資料，用GPS靜態測量方法建立測區控制網，相鄰點間距5-8公里，并與國家點聯測，求出各控制點平面坐標，同時投影變形不得不考慮，變形的程度與測區地理位置和高程有關，公路線路短則數公里，長則數十公里，跨越范圍廣，線路走向、地形情況千差萬別，長度變形各不相同。在高斯投影帶的邊緣，長度變形可達以上，導致中線樁由圖上反算的放樣長度與實地測量長度不一致，無法滿足放樣要求。因此必須采取相應的措施削弱長度變形。

3、高程控制測量

GPS得到的高程是大地高，而實際采用的是正常高，需要將大地高轉化為正常高。而測區的高程異常是未知數，且高程異常的變化較復雜，特別在山區精度較差。此外，要求約每隔2KM設置水準點，珠海橫琴新區市政道路沿線現狀地面主要為焦林地、魚塘、灘涂、河涌、丘陵地多數為原始地貌，有些地形環境不能滿足GPS觀測的條件，采用高程擬臺的方法擬合的高程精度不能得到保證。完全用GPS替代等級水準難度大。因此三、四級水準測量，仍采用水準儀作業模式。

4、求取地方坐標轉換參數

合理選擇控制網中已知的WGS84和北京54坐標（或地方獨立網格坐標）以及高程的公共點，求解轉換參數，為RTK動態測量做好準備。選擇轉換參數時要注意以下兩個問題：①要選測區四周及中心的控制點，均勻分布；②為提高轉化精度，最好選3個以上的點，利用儀器自帶的七參數法求解轉換參數。

5、基準站選定

基準站設置除滿足GPS靜態觀測的條件外，還應設在地勢較高，四周開闊的位置，沒有大面積湖泊及高壓電線的區域，便于電臺的發射。可設在具有地方網格坐標和WGS84坐標的已知點上，也可未知點設站。

6、放樣內業數據準備

利用測量內外業一體化程序完成全部計算工作。將線路的起點坐標、方位角、加直線長度及曲線要素輸入，程序根據里程計算出全線待放樣點的坐標，其中直線上每20米一個點，曲線上每5米一個點。按相應的數據格式將放樣點坐標導出成徠卡1200需要的格式文件，通過軟件將放樣點文件導入到外業儀器設備供外業調用。

7、外業操作

將基準站接收機設在基準點上，開機后進行必要的系統設置、無線電設置及天線高等輸入工作。流動站接收機開機后首先進行系統設置，輸入轉換參數，再進行流動站的設置和初始化工作。通常公布的坐標系統和大地水準面模型不考慮投影中的當地偏差，因此要通過點校正來減少這些偏差，獲得更精確的當地網格坐標，且確保作業區域在校正的點范圍內。

8、RTK動態測量的特點

1）在能夠接收GPS衛星信號的任何地方，可進行全天候作業。

2）經典GPS測量不具備實時性，RTK動態測量彌補這一缺陷，放樣精度可達到厘米級，誤差不累積。

3）流動站利用同一基準站信息可各自獨立開展工作。

4）實時提供測點三維坐標，現場及時對觀測質量進行檢查，避免外業出現返工。

5）GPS誤差不累積。

總結：

GPS技術不僅能達到較高的定位精度，而且大大提高了測量的工作效率，隨著GPS技術的提高，通過相應的數據處理程序，可大大減輕了測量人員的內外業勞動強度。

1）道路中線測設人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路茌地面標定出來。采用實時GPS測量，只需將中線柱點的坐標輸入GPS接收機中，系統就會定出放樣的點位。由于每個點位的測量都是獨立的完成的，不會產生累積誤差，各點放樣精度趨于一致。

2）道路縱、橫斷面測量公路中線確定后，利用中線樁點坐標，通過繪圖軟件，即可給出路線縱斷面和各樁點的橫斷面。由于所用數據都是測繪地形圖時采集來的，因此不需要再到現場進行縱、橫斷面測量。從而大大減少了外業工作。假如需要進行現場斷面測量時，也可采用實時GPS測量。與傳統方法相比，在精度、經濟、實用各方面都有明顯的優勢。

3）施工測量實時GPS系統既有良好的硬件，也有極豐富的軟件可選擇。施工中對點、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷。精度可達到厘米級。變形觀測變形監測網具有毫米級的精度，比一般工程控制網高一個數量級。實踐表明，假如用較長的觀測時間，分幾個時段進行觀測，并采用強制對中，觀測時天線指北等措施，長度不超過4km的基線向量可達到2mm-3mm的精度。

4）GPS技術同樣應用于特大橋梁的控制測量中，由于無需通視，可構成較強的網形，提高點位精度，同時對檢測常規測量的支點也非常有效。具有點位選設靈活，全天適時定位，精度較高，簡捷輕便迅速.自動化程度高，耗費低等特點。