试论GPS在公路勘测中的应用

【摘要】：GPS技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔。尤其是实时动态（RTK）定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力，本文主要介绍了GPS中的RTK技术在公路测量中的应用及其对公路勘测的巨大推进作用。

【关键词】GPS;RTK;发展前景；

【 abstract 】 : GPS technology application in highway measurement is field survey of highway a major technology revolution, its application and development prospect. Especially real-time dynamic (RTK) positioning technique in highway measurement containing enormous potential of the technology, this paper mainly introduces the GPS in the measurement of the highway RTK technology and its application in highway survey of the great propellant effect.

【 key words 】 GPS; RTK; Development prospects;

中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：

0. 引言

时至今日，GPS技术已广泛应用于路线控制测量中。该技术具有常规测量技术无法比拟的优势：速度快、精度高、全天候、不需要点间通视。然而，GPS技术应用于具体工程中，则必须充分考虑其服务对象特点，如道路是蜿蜒伸展的细长型工程构筑物，对其建立的控制须紧随线路并贯穿全线，所测定的基础控制点必须正确、可靠，并在一定范围内的点位之间具有较高的相对精度，以下着重探讨GPS技术应用于路线勘测中的几个重点问题。

1.GPS技术发展现状

全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面；对常规测量相对测地定位是主要应用方式。相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量，其原理是采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量；快速静态测量以及高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK测量以其快速实时，厘米级精度等特点广泛应用于数据采集与工程放样中。RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。

2.GPS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。在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻t同时接受了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(三维坐标)。

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。在实际使用中需要根据坐标系统间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。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被得到了广泛的应用。

3.实时动态(RTK)定位技术简介

实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTKGPS)技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。众所周知，无论静态定位，还是准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了GPS测量的工作效率。

实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。

4 实时动态（RTK）定位技术

实时动态（RTK）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。

4.1. 快速静态定位模式

要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；若采用常规测量方法（如全站仪测量），受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min（随着技术的不断发展，定位时间还会缩短），不及静态测量所需时间的五分之一，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

4.2动态定位测量

动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟（有的仪器只需2～10s）进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米级。

动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2～4S，精度就可以达到1～3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。

5.GPS在公路勘测中的展望

GPS作业有着极高的精度，它的作业不受距离限制，非常适合于国家大地点破坏严重地区、地形条件困难地区、局部重点工程地区等，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。而RTK技术将彻底改变公路测量模式，RTK能实时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，可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。

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，GPS测量无疑是一种有效的手段。

6.结语

GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态（RTK）定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。