基于公路工程测量运用于全球定位系统(GPS)新技术的分析

摘要：文章结合本市的实际公路段工程项目为实践，对全球定位系统（GPS）测量技术的结构，特点，应用等方面进行了全面的分析，对我们广大工程测量的工作者提供了参考的价值。

关键词：工程测量 PGS技术 控制测量

前言

目前在测绘行业中，GPS定位系统新技术得到广泛的运用，因为GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的3维坐标、3维速度和时间信息等技术参数等高精度的数据。因此，我们工作者要全面了解该技术的应用，为我们的测量工作提供更大的帮助。

1 全球定位系统（GPS）的简介（如表1）

（注：地面控制系统主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去，同时还对卫星进行控制，向卫星指令，调度备用卫星等；监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态；注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。）

2 全球定位系统（GPS）的工作原理

GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。如图1示，在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了3颗(A、B、C)以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过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SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置(3维坐标)。从而用距离交会的方法求得P点的3维坐标(Xp，Yp，Zp )，其数学式为：SAP2=[( Xp-Xa)2+(Yp-Ya)2+(Zp+Za)2]

SBP2=[( Xp-Xb)2+(Yp-Yb)2+(Zp+Zb)2]

SCP=[( Xp-Xc)2+(Yp-Yc)2+(Zp+Zc)2]式中(Xa,Ya,Za), (Xb,Yb,Zb), (Xc,Yc,Zc) ZC)分别为卫星A，B，C在时刻ti的空间直角坐标。在GPS测量中通常采用两类坐标系统。一类是在空间固定的坐标系统；另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统。我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统(如：WGS-84世界大地坐标系和1980年西安大地坐标系)。在实际使用中需要根据坐标系统问的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。

图 1

3 全球定位系统（GPS）的技术特点

（1）高精度定位

一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm。GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增加，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达12X10-6，而在100～500 km的基线上可达10-6～10-7。

（2）测量时间短，效率高

采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40 min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。

（3）提供3维坐标，操作简单，最主要还是全天候作业

观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点3维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

4 全球定位系统（GPS）技术应用于实践的实例

公路工程的测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的3维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的3维坐标点位实地放样地面上。本市的省路网改造项目应用GPS测量是2003年开始的，据市公路工程勘察设计院有关专家介绍，经过多次的复测验证，GPS技术定线测量的精度可以完全满足公路勘察设计和公路建设的精度要求

4．1 路段控制测量

（1）建立布网方案

该路段地物地貌较为复杂，部分区域和方向有遮挡，该测区内原有BJ54坐标系的E级控制点2个(已知起算点)，其中口a1(X =5 062 010．822，Y=594 016．697，H=172．008)位于该镇人口处，b1(X=5 062 792．045，Y=608 893．350，H=172．451)位于水库附近，根据工程需要在该段附近加密控制点，建立控制网，以便于测设。

（2）大地测量法

主要采用大地测量仪器如经纬仪、全站仪、测距仪等。国道201线宾县段控制网采用测边网，高程采用测距三角高程，按照观测技术要求进行施测。外业观测数据经数据处理并进行平差，计算其结果。

（3）GPS静态测量法

静态测量法就是根据制定的观测方案，将3台天宝4800GPS接收机安置在待定点(c2，c1，c2，c3)上同时接收卫星信号，直至将所有环路观测完毕。观测数据经平差计算得到54北京坐标系的坐标。

（4）由于两种测量方法

本身的测量误差和坐标转换数学模型误差，以及在平差计算中观测量权配置等因素引起两种测量方法的结果存在一定的差值，由于其3维坐标差值均小于±10mm因此可以满足国道201线宾县段加密施工控制网的精度要求。

5 全球定位系统（GPS）技术的发展趋势

工程测量学的发展，主要表现在从l维、2维到3维、4维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。

6 结束语

综上所述，GPS作业有极高的精度。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；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3倍以上；GPS高精度高程测量同高精度平面测量一样，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。因此，我们应该大力促进工程测量技术方法与手段的更新换代，积极推动新技术的推广与应用，充分利用GP S 技术、GI S 技术、数字化测绘技术、摄影测量技术、RS 技术、“3S”集成技术及地面测量先进技术设备，把传统的手工测量向电子化、数字化、自动化方向发展；同时加强相关学科的研究，不断拓宽工程测量服务新领域，开创工程测量发展新局面，为推动我国工程测量科技进步而努力奋斗。

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