GPS系统在公路工程控制测量中的应用

刘新强

(新疆交通建设管理局项目执行二处)

1 GPS系统的构成与技术特征

1.1 GPS系统的组成

从GPS系统的整体看其主要由三个部位组成，一个是卫星、地面监控站、用户接受分析设备。其中卫星系统就是指由卫星组成的一个卫星网络，整个系统有24颗卫星组成，分布在不同的六个轨道面上，其倾斜的角度为55°，卫星在太空中的环绕地球运行，其时间周期为固定。在环绕飞行中卫星用固定波段向地面的用户进行连续不断的发射载波信号，用于导航与定位，导航定位信号保护的是卫星自身的位置数据，使得每一个卫星成为一个参考点。这样的卫星网可以让地球上的任何一点、时刻在高度15°上都可观测到卫星，并利用其定位。

地面监控系统是分布在地面上的主控站、注入站、监测站构成，主控站是对各个监测站所采集的卫星的位置数据进行处理，对卫星的轨道参数与时钟参数进行计算，并将数据编译成为导航电文，传输至注入站，并经由注入站传输至相应的卫星存储装置中备用。

用户端设备，主要是利用GPS接收机、数据处理芯片、计算机等构成，主要的功能是按照卫星的高度与截止角选择待测的卫星信号进行接收，跟踪卫星的运行轨迹与之进行信号的交换，放大并进行处理，利用软件系统对数据进行计算得出接收机所在位置的三维坐标。

1.2 GPS计算测量的特点

测量的精度高，玛利亚GPS完成观测其精度明显高于常规计算，在小于50 km的基准线上，其定位的精度可以高达1×10-6，这样的精度是普通测量方法所不能达到的;同时可以不需要通视环境即可完成测量，在利用GPS进行测量的时候，不需要观测站之间保持通视，可以根据实际的测点需要进行定点测量，选点方式更加的灵活，适应性强;观测效率高，随着GPS技术在电子技术的帮助下日趋完善，其观测的速度也不断提高，加之软件技术的帮助，利用GPS进行测量的时候，静态环境下定位每个测点需要的时间很短，动态环境下仅需要几秒钟就可完成定位，效率之高有目共睹;设备相对简单容易操控，电子芯片的发展使得GPS接收设备的自动化程度越来越高，实现了智能化，使用人员只需对正、调整、获得天线高度开机后设定参数就可完成自动观测与数据记录;可以实现全天候作业，以往的观测需要受天气的影响，而GPS卫星数量多且分布均匀可以保证其在任何时间、地点都实现持续观测，通常不会受到气候因素的影响;所提供的数据为三维虚坐标，在GPS测量中除了精度高以外，其优势是可以同三维坐标，其井底则可以满四等水平。

2 GPS技术的在公路工程中应用的基本要点

2.1 测点选择要点

在利用GPS进行测量的时候不需要进行测点之间的通视，图形结构比较灵活而容易构建，测点的选择则应考虑到GPS测量的特殊性质，兼顾其后续的测量，选择电点位的时候最好可以与某一个点通视，这样可以利用结果方便后续测量;测点的周围的15°范围内不应有障碍而导致信号受到影响或者吸收;测点应远离大功率的无线发射装置、高压线等，避免信号受到电磁干扰而失真;测点应保证事业开阔，交通方便且利于扩展，方便保存，这样可以方便观测与日后的应用;测点观测后应利用石标进行标记，并填写记录。

2.2 观测要点

按照GPS作业的调度表对观测进行安排，应采用静态定位的方式，卫星高度角为14°，观测时间持续45 min，采用频率为10″间隔。在三个点上同时安放接收设备并进行调试，量取天线的高度，测量气象数据开机进行观察，当各项指标达到参数要求时，按照操作手册输入相关的数据，此时接收机会自动记录，观测人员需要填写观测手薄。

3 GPS系统在公路工程测量的实例分析

公路测量中主要应用的是GPS的静态与动态测量功能。静态功能通过接收机对卫星信息进行接收与处理，获得地面测点的三维坐标数据，而动态功能则是通过卫星系统将已知三维测点的定位点放样到实际的地面上，确定其位置。在实际的应用中经过反复试验，GPS技术在公路工程的勘测中可以突出其优势并获得较好的测量成果。下面就以某工程为例进行介绍。

3.1 测量网络设计

某段国家公路施工路段，为连接某区域的高速公路，其公路穿越的地区地物地貌较为复杂，部分区域不能完成通视的测量需要，为了提高测量的精度，在公路有地物遮挡的位置进行加密控点的设计，以此满足测量的需求。

3.2 GPS的静态功能实现

测量中首先是利用GPS的静态测量方法，按照制定的测量方案，将三台GPS接收装置放置在对应的三个测点上，同时接收卫星信号，直至将整个环路上的测点测量完毕，观测的数据井平差计算，所得到的就是相应的坐标系坐标，并进行记录。

3.3 测量验证

在GPS测量完成后应利用大地测量的方式对其观测的结果进行校验，两种测量方式本身测量误差和坐标转换的数学模型误差，以及在平差计算过程中测量的配置等都会引起两种测量的结果存在一定的差异，经过比较其差值都在测量要求的范围内，因此GPS所测量的结果精度已经满足了测量的需求。

3.4 GPS动态测量

因为测量的区域内存在起伏较大的地形，尤其是在区域内还存在一个大型达的森林所以在利用GPS进行测量的时候除了利用静态测量外还利用了动态测量的方式，即利用GPS的RTK测量技术对其中线进行恢复与校验，保证其准确性。利用已知的控制点为基准点，然后在某个点上架设GPS季准台，利用两台GPS接收机分别安置在相应的测点上，测量一些列的三维坐标，每个测点应保持测量5″。然后根据坐标计算出实际的边长，应用在工程测量中。

4 结束语

在实际的应用中GPS所体现出的优势是不可比拟的，尤其是在公路工程的测量中优势主要体现在:作用的精度较高，其测量不受环境与距离的限制，适应在较为复杂的地形或者条件受限的区域内进行工作，且精度较高;利用GPS测量可以提高测量工程的质量，因为其主要是依靠卫星作用数据测量的参考物，同时卫星信号相对稳定，整个作业过程也实现了自动化、智能化，利用计算机可以很快的完成数据的预处理与平差计算;动态GPS同样也成为了公路测量的主要技术，其应用将侧地改变测量的模式，此技术非常适应对路线、桥梁、隧道的勘测，可以直接进行实地放样，中桩测量、点位确定等工作;GPS的全自动化操作大幅度的降低了技术人员的外业作业强度，减少了一些砍伐工作，效率也随之提高，GPS技术比常规的测量方法的效率提高了几倍。

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