GPS測量在道路工程中的應用效果觀察

吳春智

（福建同集工程管理有限公司，福建 福州 350600）

GPS全球定位系統是在近幾年來在道路工程中得到了迅速應用和推廣，主要取決于GPS系統能夠實時的向全球所有用戶提供高精度空間和時間的信息參數。因此，我們分析了GPS系統組成及工作原理以及GPS測量技術的優缺點，和如何在道路工程中實際應用。

1 GPS系統組成及工作原理的分析

GPS是由兩部分組成，空間星群以及地面監控系統。此外，地面檢測用戶還有衛星接收器的終端設備[1]。GPS空間星群是由24顆距離地面20萬公里的衛星群所組成，它們均勻的分布到6個軌道線路上，以確保GPS衛星所發出的信號在地球上的任何點位在任何時間可以接收到。

GPS系統不同于傳統意義上的測量，是依靠衛星遠程導航、現代計算機技術，結合實時通信功能，在很多工程項目上基本取代了傳統測量儀器。在所測的點位假設安裝GPS的接收裝置，在某一時刻同時接收至少三顆的GPS衛星所發出的通信信息，通過三點坐標定位原理，可以得到假設GPS的接收裝置與GPS衛星之間的距離。

GPS測量技術可以測定點的三維坐標，此方法可以拓展到海洋甚至是外層空間，既可以測量點位，也可以測量線距，同時可以滿足點線面等動態需求，精度可以達到毫米級，在地球氣象學、物理學、海洋學、交通等多個方面已經得到實踐應用，已經超過利用傳統工具測量方法的效果[2]。

2 GPS測量技術與傳統測量技術的優勢與缺點

2.1 GPS測量與傳統測量優劣

利用傳統方式測量方網格，點位之間因為無法通視，測量難度大、時間長、需要人手多，運輸到測量地專業的測量儀器，提前準備和檢查工作時間久，為保證測量準確要多次測量，因為天氣和地形產生的誤差同樣要考慮進去，而運用GPS技術來測量方格網，解決了點位間無法通視的問題，在測量大型方格網的情況解決的傳統測量運輸相對較多專業測量儀器，而造成儀器破損失效的風險，GPS系統測量方式的優點極為明顯。

道路工程對于精度的施工規范要求，GPS系統都能滿足，采用點位中的誤差比相比傳統測量方式因工作現場而導致人為誤差來表示精度指標更為科學合理，完全可以通過GPS方格網測量精度指標[3]。

GPS圖形的強度系數很高，用GPS方法來布設控制網，優化道路網形方便，更有效地趨近點位速度；采用GPS實時動態差分法測設建筑方格網，單人可以完成有多臺流動站作業，一人多操大大提高了工作效率，在工作人員經過有效的學習和培訓，利用GPS測量事半功倍，降低工作帶來的壓力和強度。

2.2 GPS技術的缺點

前文說GPS系統組成是來自GPS衛星和地面接受裝置，這兩邊裝置出現問題，則測量結果一定不準，對道路施工進程會形成阻礙，倘若衛星端沒有出現老化破損的情況，在接受裝置方如果因為某些地區的不可移動障礙物對于信號的影響，直接會影響信號傳播路徑，計算過程中定會存在一些誤差，比如盆地、丘陵、高原及白層高樓大廈因其過高導致的不可移動障礙。通過大量工程實踐證明，GPS的精度可以滿足一定程度的施測工程，但是如果要控制精確度到一定程度，則需要傳統測量儀器輔助測量。

在GPS實時動態差分法測量之中，若選擇的控制點不同，也影響觀測測量的準確度。因為GPS是通過衛星和接收器之間傳遞，然后經過計算機數據處理后得到的點位坐標，所以當接收器因為各種原因受到干擾，所測的點位結果都會出現誤差；GPS在測量舊城區的道路工程中因其設備老化，易受干擾是不能準確測量其實際點位。

作為現代新興起的一門測量技術，GPS以及其相關的技術運用，還得不到統一標準的規范，目前，我國各個軟件或電子廠商，如騰訊、高德或百度地圖各自開發電子地圖，軟件之間無法兼容，比例以及操作方式各有一套方式[4]，我國相關部門還沒有頒布應用于GPS的統一格式和規范，導致使用不同電子地圖各得其法，還待有關部門進行探討制定統一標準。

3 GPS測量在道路工程中如何應用

主要應用GPS靜態功能和動態功能參與道路工程的測量，靜態功能可以通過接受衛星的信息來確定某些點的三維坐標；而動態功能則是把移動點實時的投放到利用GPS已觀測的地圖之上，跟蹤的觀測目標自動由測量儀器完成。

3.1 GPS RTK測量技術

利用GPS測量在道路中應用，上文介紹過的實時測量差分法技術是道路工程中經常用到的技術手段，其英文名稱為Real Time Kinematic，后文簡稱RTK，是一種新型且實用的GPS技術測量手段，相比傳統RTK測量手段，利用GPS RTK測量可以避免因環境、天氣帶來測量的不利條件，更準確更實時的得到精確度厘米級的測量結果，隨著導航衛星數量的增多[5]，會在測量精度上更進一步，將來在更多領域及領域的更深層次得到充分利用。

3.2 控制測量以及線路勘測

在道路工程中利用GPS RTK技術可以做到控制測量，當邊長較長的道路工程中，動態觀測15min以上會發現經計算機處理出的數據趨于穩定，用戶根據實際需要來規定實際測量時間，通常在誤差小于2μmD時基本可以確定數據，杜絕了傳統測量多次檢測避免誤差，甚至因氣候、環境出現物產返工的情況，提高工程進度。而且為后續線路勘測提供了便利，通過計算機對實地道路的處理，將模擬地圖轉化成數字化地圖，直接利用相應的工程軟件進行線路勘測，有利于科學化整理和數字化設計，通過將實物轉化為數字模型很好的解決道路中有關數學參數的問題，不需要花費精力去現場勘查測量，利用GPS RTK技術比常規測量工具傳統方法測量相比，降低工作量，減少了人力物力成本。

3.3 GPS RTK中線測量與施工放樣

采用GPS RTK技術測量時，通過將中樁樁號傳輸到相應的工作軟件中，軟件會自動得到放樣點的三維坐標，各個點位相對獨立，經過多次傳輸，經過判斷和分析，可以確定誤差的存在性，當各個放樣點數據趨同時，則可以根據數據判斷其精確度，道路工程是至關重要的。

GPS RTK技術進行放樣時，因為道路無外乎簡單的曲線、直線以及環形圖所構成，只要標好樁號起始點以及重點，測量或觀察出道路線路間距離長度、曲率半徑以及方位角各項數據，即可完成放樣，這一切工作均在相關工作軟件中來完成，容易上手，相比傳統方法，利用GPS可以模擬實地場景并進行多次檢驗校對，不僅降低了工作強度，同時可以減少道路工程見習生的實習成本，也為培養道路工程人才提供便捷條件，有很高的的經濟和社會效益。

4 結束語

綜上所述，勘測技術應運時代發展而不斷升級。高精度、高效、時效和不受惡劣氣候干擾等諸多優點是使用GPS系統進行測量和數據整理所帶來的優勢[6]。9月23日，隨著國內“一箭雙星”的成功發射，第47、48顆北斗導航衛星進入太空，中國的北斗導航軌道衛星首次超過GPS，在衛星導航領域中國已經能和美國分庭抗禮，隨著中國衛星導航的高速發展，衛星定位導航測量技術作為一種現代化的科學測量手段，將會在道路工程中扮演著越來越重要的作用。