浅谈GPS在公路测量中的应用

【摘要】由于GPS测量系统具有高精度、快速度、低费用等优越性，被广泛的应用于公路建设中，本文结合笔者的多年工作经验，对GPS在公路测量中的应用进行了简要的探讨，供同行参考。

【关键词】GPS；公路；工程测量

GPS定位是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。本文结合实际工作，主要介绍了GPS在公路控制测量中应用的具体方法。

1 GPS的测量原理

GPS中文全称为全球定位系统，是随着卫星技术、无线电技术及其他高科技的发展而建立起来的卫星导航定位系统。美国从20世纪70年代开始研究全球定位系统GPS，最终全面建成干1994年，GPS具有高精度、全天候、多功能、高效益、操作简便、自动化等显著优点，能海陆空进行全方位实时定位与三维导航，被广泛运用于大地测量和工程测量。

1.1 GPS测量组建的构成

GPS测量系统由空间卫星星座、地面监控站和用户设备几个部分组成。GPS空间卫星星座具有工作卫星21颗，轨备用卫星3颗，如果高度角超过l50，那么在地球的任一地点、任一时刻，平均有6颗卫星可以同时被观测到，多的可达到9颗；GPS地面监控站组成部分是分布在全球的主控站一个、注入站三个，还有五个检测站；GPS用户设备主要由三个部件构成：GPS接收机、数据处理软件及其终端设备。

1.2 GPS构成各部分的运行原理

卫星用L波段的两个无线电载波向用户设备不间断地发射含有卫星的位置信息的导航定位信号，卫星因此成为了一个动态的已知点。

地面监测站，首先主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的钟差参数、轨道参数等，接着编制导航电文并传送到注入站，最后再通过注入站将收到的导航电文数送到相应卫星的存储器中。按一定卫星高度截止角，GPS接收机可捕获到所选择的待测卫星的信号，有效地跟踪卫星的运行，实现对信号进行交换、放大以及处理，再借助软件，利用基线解算、网平差等方法，求出测站点的三维坐标。

2 GPS测量的缺陷和特点

(1)常规测量方法对附合导线长、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10km，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。

(2)搜集到的用于路线测量控制的起算点一般很难保证为同一测量系统，国测、军测、城市控制点往往混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。

(3)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20世纪五六十年代完成，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50km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。

(4)地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求布设在距路线的300m范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。

3 GPS的测量优点

3.1 无需通视

测站间相互通视一直是测量学的难题。采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强，网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

3.2 定位精度高

定位精度上，GPS测量精度与红外仪差不多，不过距离较远时，GPS测量优越性就得到了充分的显现。GPS方格网点位、精度高，能够有效符合道路工程施工规范的要求，精度储备很高。同时作为方格网测量精度指标，与相对中误差相比采用点位中误差来表示精度指标更为合理、可行。

3.3 操作简便

GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其他观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

3.4 测量效率高

采用GPS布设控制网，每个测站上的观测时间一般在30min～40min左右，观测时间短。布设道路工程控制网，图形强度系数高提高了点位趋近速度，促进了道路网形优化。另外，采用GPS-RTK测设建筑方格网，一个参考站可有多台流动站作业，单人可以完成整个作业，有效降低了劳动强度，提高了工程效率。

4 GPS在公路测量上的运用

GPS的静态和动态两大功能可以被运用于公路工程中的测量。静态功能，通过接收卫星信息来确定地面某一具体点的三维坐标；动态功能，通过卫星系统，在地面上进行已知的三维坐标点位的实地放样。

4.1 用于绘制大比例尺地形图

道路工程上大多是在大比例尺的带状地形图上进行高等级公路选线的，绘制大比例尺地形图是选线的关键。传统方法测图流程要经历立控制点和碎部测量，最后才能绘制出大比例尺地形图，具体实施时速度慢，工作量大，因此费时很长。

应用实时GPS系统动态测量则可以解决工作量和速度的问题。GPS测量在沿线每个碎部点上只需停留一两分钟，各点的坐标和高程就可能被测得，测量快捷，而且测量结果精确，绘制大比例尺地形图只需采集碎部点的坐标和属性信息，应用实时GPS系统动态测量，有效降低了绘图难度，既省时又省力，是一种非常实用方法。

4.2 用于道路横纵断放样以及土石方量计算

道路的横纵断放样，利用GPS系统进行横、纵断放样时，先确定出横断面的形式，把横断面的设计数据输入电子手簿中，一个施工测设放样点文件就此生成并储存起来，因此，随时可以到现场放样测设；通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。

系统软件能够自动与地面线衔接实施“戴帽”工作，以及利用“断面法”完成土方量计算。GPS系统所用数据不需要到现场进行测量，测绘地形图时就可以完成数据的采集，工作量能大大减少，与传统方法相比动态GPS，既经济又实用。

4.3用于道路中线放样

GPS实时测量，只要把中桩桩号输入到GPS电子手簿中，系统软件能够自动定出放样点的点位及坐标，考虑到每个点的都是独立测量的，不会产生累计误差，各点放样精度一致度高，对于工程来说这很重要。

道路路线构成形态主要是直线、曲线或圆曲线等等，利用GPS进行放样时，只需先输入各主控点桩号，然后输入起终点的直线距离、方位角、圆曲线半径、曲线距离等相关数据，就可以完成放样，所有工作都交给由GPS电子手簿来完成，实施中简便且实用。

5 结束语

全球定位系统GPS是运用距离交会法的一种卫星导航系统，它的基准是卫星在轨道上的实时位置，观测接收机与卫星的实时距离，可以同步观测4颗以上卫星到达接收机的距离，在WGS-84坐标系内运用后方交会法来确定接收机的瞬时位置。在具体的工程测量领域，GPS系统已广泛用于工程测量、大地测量、地形测量以及航空摄影测量等各个方面，该系统具有外业进度快、技术先进等优点，同时随着实践过程在应用中的摸索，GPS在公路测量中思路、操作方法及和工作流程也在逐步科学化、规范化。

参考文献

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