GPS技术的主要内容及在路桥建设中的应用

摘要：GPS全球定位系统作为新形式测量系统，已广泛用于大地测量，工程测量，航空测量以及地形测量及在公路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，取得了较好的效益。

关键词：GPS定位系统；公路工程；控制测量；应用

中图分类号：F540.3 文献标识码：A

GPS技术概述

GPS系统组成。GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，和用户端相应的卫星接收设备。空间际星群由均匀分布在6个轨道面上的24颗卫星群组成。地面控制系统由主控站，注入站和监测站构成，根据各自功能的协同工作。首先由监控站接受卫星信号，然后将GPS的观测数据导入控制站，主控站根据监控站提供的数据卫星的星历和卫星钏的改正参数等，然后由注入站将主控站处理得到的数据注入到卫星中去，向卫星指令，对卫星进行控制，在出现紧急情况时可以调度备用卫星；GPS接收机和数据处理软件构成GPS用户端，另外还需要必要的设备，如处理数据用的电脑等，GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，然后对信号进行处理，最后通过计算机和相应的数据处理软件，从而得到目标点的三维坐标。

工作原理。GPS卫星导航定位系统的坐标计算采用距离交会法。在需要测设的目标点架设GPS接收机，在某一时刻同时接收了三颗以上的GPS卫星群所发出的导航电文，运用计算机软件对接受的信号进行一系列处理。一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离，然后结合监控站收集的卫星星历和卫星钟的改正参数，就可获得该时刻这些卫星的空间位置。

技术特点。（1）定位精度高。采用GPS方格网进行测量，点位精度高，大满足规范要求的基础上，精度大大提高。大型建筑物，构造物变形监测，在采用特殊的观测措施，并优化数据处理模型和计算方法后，精度会更高，误差分布区域均匀，尤其是平面精度。（2）自动化程度高，作业效率高。用GPS接收机进行测量时，通常情况下一人即可完成全部作业，GPS的作业顺序为：安装GPS接收机和天线，量测天线高，打开仪器，设定好参数，启动接受单元，就可开始接受作用。作业量较少，且程序简单，避免了人为作业带来的误差。将所采集的定位数据传输到数据处理中心，实现了数据采集的自动化，大大提高了工作效率，减少了其中人工操作带来的误差，保证了精度。（3）用途广泛，GPS技术可以应用于国民经济的各个领域，在工程测绘中，GPS技术已经广泛应用于各种工程控制网的建立工作中，并在其它相关的检测中同样发挥着重要的作用，如在各种工程的自动变形观测中，也取得了很好的观测效果，工程施工的自动控制系统是未来应用研究的重要方向。

GPS测量作业

GPS网设计原则。GPS网设计，必须根据工程的需要，按照测量规范，遵循从整体到局部，从高级到低级，逐级控制的原则实施，GPS网建立的一般要求为：（1）图形闭合以增强图形强度，增加检核条件，评测测量质量，即GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，GPS网的独立观测边一般构成以下基本形状：三角形，环形网和星形网。（2）必要的点位重合，以便确定GPS网与地面网之间的转换参数。（3）注意与周边控制网的配合，若需依此网按常规方法联测或扩展控制网，还应注意点间透视。

观测步骤。（1）置仪器，对中整平后，按要求架好莱坞天线，将天线与接收机连接好，检查确保无误，方可开机。（2）在接收机中输入高度角，采样间隔和最小卫星数，以及测站名，时段名，日期，测量人员姓名和天线高。（3）将接收机放在阴凉处，并时常查看接收机的工作状况和所有收到的信息。（4）一个时段完成关闭接收机，进行下一个时段的测量，在这一时段中，只需在开机后将时段名改变，其余各项与上一时段相同。

数据处理。（1）平差即运用最小二乘法进行观测数据的误差处理。（2）转换：由空间地心坐标系统转换到所采用的参考坐标系。（3）投影。由空间坐标系投影到采用的平面上，得到点的二维坐标，进行点的定位。

GPS系统在公路工程测量中的应用

常规测量方法的缺陷

规范对附合导线长，闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求，这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10公里，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍，这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测，军测，城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，热必影响测量质量。国家大地点破坏严重，影响测量作业，由于国家基础控制点，大多为五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏，在这些地区进行路线测量作业，往往在50公里以上均找不到导线的联测点，这样路线控制测量的质量得不到保证。

GPS测量的实际应用。

现已一实际施工为例，该市公工程全线长60公里，所处地形为重丘区，路线设计为6车道。该段有11个各种系统遥平面控制点，经过实地寻找，找出了7个，有4个被破坏，破坏中有2个国家II等点，在已找出的7个控制点中，国家测绘局系统1等点1个，III等点1个，城市测量系统点2个，总参军控制点3个，这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。为提高该公路路段测量设质量，决定在国家测绘系统基础进行控制点的加蜜，加密的控制点布设方案是：沿公路路线每10KM布设一对点，该对点相距约1KM，且应通视良好。这样，该段共设了6对GPS加密点，加密点的精度要达到四等控制网的要求。

GPS在公路工程的控制测量上的发展前景

（一）GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区，局部重点工程地区等。（二）GPS测量可以大大提高工作及成果质量，它不受人为因素的影响，整个作业过程全由微电子技术，计算机技术控制，自动记录，自动数据预处理，自动平差计算。（三）GPSRTK技术将彻底改变公路测量模式，RTK能实地地得出所在位置的空间三维坐标，这种技术非常适合路线，桥，隧勘察，它可以直接进行实地实时放样，中桩测量，点位测量等。（三）GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率，一般GPS测量作业效率为常规测量方法的三倍以上。（四）GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域，特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。

结束语

GPS测量具有工作效率高，劳动强度小，成果精度高，施测成本低且可以全天候实时连续观测等优点，提高了观测精度和作业速度，具有很大的应用潜力，必将成为控制测量方法的首选。应该指出的是利用GPS建立工程测量控制网还有许多问题有待进一步研究，特别是利用GPS数据解算高精度的正常高，在GPS作业的同时，建立正常高系统的高精度三维控制网，这一问题的解决，将大大的拓宽GPS的作业领域，为实际工作带来巨大的经济效益。