论GPS技术在公路工程测量中的应用

杨志向 梁俊峰

【摘要】伴随着我国公路工程测量技术的发展，GPS技术获得了普遍的应用，在理论与实践中如何更好地发挥GPS技术的作用，需要我们进一步去探究。在我国公路工程中，因为线路长、施工质量要求高以及测量时间较紧迫等各方面的原因，需要一种较精确、快速、便捷的测量技术，由于GPS测量技术的优点逐步地取代传统的测量技术，因此GPS成为了公路測量上的重要测量技术。文章主要分析了GPS系统构成，CPS测量技术特征，在公路工程测量中GPS的应用。

【关键词】GPS技术；公路测量；

前言：

科学技术在不断地发展，为了保证公路的质量问题对公路的测量技术精确性要求越来越高。由于 GPS系统可以向全球用户全方位地提供高精确度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数，因此GPS技术在我国公路上得到了更广泛的推广和应用。在与此同时，我们必须了解一下GPS系统的结构以及它公路测量领域的应用特点。

一、GPS的概念

GPS，即全球卫星定位系统，是目前近几年里发展起来的具有全球性、全能性、全方位性优势的导航定位、定时、测速系统。由于GPS技术所具有的全方位性、高精确度、和自动测量的特点，成为了最先进的测量手段。GPS步入了国民经济建设中，成为国防建设和社会发展的各个领域的新应用。

GPS系统组成是由GPS三大子系统构成：地面监控系统、空间卫星系统、用户接受系统。

1、地面控制系统，GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，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，向卫星发布指令，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。GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、大平洋和美国本土。

2、空间卫星系统，GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60度，轨道和地球赤道的倾角为55度，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收到4到11颗GPS卫星发送出的信号。

3、GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。

二、GPS测量技术的特征

1、 GPS技术能够提供三维坐标。通过GPS对观测站平面位置进行准确测量的时，可以精确测定观测站的大地程度。

2、GPS技术能够使观测的时间短。采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30s到40s左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。当短基线小于20公里时，相对迅速定位通常仅需5分钟的观测时间。

3、GPS技术能够使测站之间无通视。测量学中测站之间彼此的通视始终属于难题。CPS这一特点产生了更加方便灵活的选点。但是要求必须具有开阔的测量空间，以便GPS卫星接收信号不会受到干扰。

4、GPS技术操作简便

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。结束观测时，仅需关闭电源，收好接机，便完成了野外数据采集任务。

三、GPS测量技术在公路工程的中的应用

1、公路工程测量动态GPS技术的应用

公路工程测量动态GPS技术的应用表现为实时动态定位技术的应用，它具有高精确度、高效率的优点。这一技术具体是将载波相位观测数值作为前提的实时差分技术，它是发展GPS测量技术的重要创新研究，在公路工程中具有极其广泛的应用前景。实时动态定位包含了基准和流动站，对实时动态测量进行保证的重要措施便是构建无限通讯数据，基本原理设计基准点为较高精度取位点的首级控制点，在参考站设置一台接收机，连续观测卫星，位于流动站上的接收机对卫星信号进行接收的同时，利用电传无线电设备对基准站上的观测数据进行接收，按照相对定位的基本原理随机计算机实时显示计算流动站的测量精度与三维坐标。这样使用者便能够对待测点的数据观测质量与解算基线结果的收敛状况实时监测，综合待测点的精度要求，明确观测时间，进一步对多余的观测有效减少，最终提升工作效率，在勘测公路阶段动态定位方式能够实现测绘地形、测量中桩、横断面、纵断面地面线等工作。测量整体过程不要求将通视作为前提，经过1-3秒的测量，可以达到10-30mm的精度，体现出了普通测量仪器无法比拟的优势。实时动态技术具备重要优点：实时动态显示的结果是通过可靠性检验获得的厘米精度，有效克服了由于粗差产生的工程返工，进一步提升GPS的操作效率，具有极高的操作效率，每一个放置点仅需要1-2S的滞留时间，1-3人就能够实施5-10km的中线测量。

2、公路工程测量中GPS静态测量技术的应用

第一，初步勘察路线和选择GPS地址。在外业测量时，必须安排人员进行初步勘察路线的走向，观察沿线可以作为GPS点的具体位置。查看附近路线GPS高等级点便于实施联网。

第二，设计GPS点控制网。应当联系公路具体等级、沿线具有的地物地形、操作中的卫星情况、精准度要求等综合设计GPS控制网。由于GPS控制网属于首级公路控制网，需要利用其它测量方法实施加密。因此在沿着两侧路线间隔5-10米距离布置互相一对通视的GPS点。理论上分析利用GPS点进行观测时仅需要将仪器设置在3个GPS点上同时进行观测就能明确这些点的具体坐标。联系公路自身的特点可以使用4台仪器同时对4个GPS点进行观测，这样能够有效测量全线的速度。

第三，选择GPS点和埋石。应当根据技术相关设计要求选点这样有利于使用其他测量方法进一步扩展与联测。

第四，设置仪器进行观测。在DPS4个观测点同步有效的观测卫星数量是否达到了规定要求。在外业观测过程中要求观测时间必须超过半个小时，观测有效卫星数量超过4个。

第五，处理观测数据。结束外业观测之后在计算机中输入GPS中的数据，应用对应的处理数据软件，及时处理和分析数据质量。这一过程具体包括检核与计算基线、计算GPS控制网平差。

第六，加密CPS控制网。通过全站仪附合导线测量的方法实施加密首级GPS控制网操作。根据GPS的分布把路线分成若干段，对每一段独立实行导线附合测量，确保每一段附合导线都将GPS点作为起始和终止点。

第七，计算导线点坐标和平差。在计算机中传入每一段测量附合导线的数据并且实施角度、距离平差最终获得结果。

结束语：

综上所述，随着我国城市建设规模日益扩大，GPS技术应用在我国公路测量中取得了很好的效果和成功经验，也充分的证明了GPS的优越性。GPS技术作为今后公路建设工程的重点测量方式，不仅要保证工程进度，而且还要确保其精度。

参考文献：

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[2]王瑞忠.如何利用GPS进行公路工程控制测量[J].公路交通科技，2011.4.

[3]王坤.公路测量中GPS 的应用与分析[J].林业调查规划，2009（1）

[4] 卢孝益.GPS在公路工程测量中的应用，浙江省交通规划设计研究院，2011