浅析GPS测量技术在公路工程中的运用

胡扩远+李树坤+曹方刚

摘要：随着全球定位系统的推广和应用，在公路工程测量行业中也得到了广泛应用。在公路工程测量行业中想要更加优越的发挥出GPS技术作用，从纯理论到实践操作还有一定的差距。基于上述原因，在分析了公路工程测量行业中使用GPS技术特点的基础上，简单阐述下路桥变形检测双频GPS有关推算内容。最后希望GPS的应用前景更加宽广。

关键词：公路工程，测量，GPS，静态定位，动态定位

中图分类号： P228 文献标识码：B

引言：当下，GPS技术的飞速发展已在公路工程测量中得到广泛应用。但是如何更优越地发挥GPS技术和在公路工程测量中应用，提高工作效率，从纯理论到实践操作还有一定的差距。因此，根据实际作业的工作经验得出：GPS技术的优点：精度高，不受时间限制、全天候作业，不受通视条件等影响。此等工程又是时间紧、任务重、质量高的重点工程。因此，作为前期工程的控制测量，采用GPS作业是特别理想的作业方式。接下来简单阐述下GPS作业技术的特点。

一、GPS作业在公路工程测量中特点

依据多年的测绘工作所得，公路工程测量行业中使用GPS作业的特点主要体现在以下几方面：

（1）实时定位，解算速度快、精度高。对导航用户而言，需要知道自己所处的实时位置。假如利用子午衛星系统要测若干段时间后才能获得定位数据；而GPS技术利用观测数据实时解算获得定位结果，具有较高的实时性。

（2）对环境要求低无需通视。常规测量设站点与测量点之间必须通视才能测量，而GPS测量就是点与点之间无需通视，测点能够接收足够的卫星信号就可进行定位测量。因此作业可以减少支点，给测量作业带来方便、节省费用和时间，能够提高测量的速度和精度。

（3）外业操作简便。GPS测量作业的自动化程度高。GPS接收机日益趋于小和操作简便化，作业人员只需将天线对中、整平，量取天线高、打开电源、设置好仪器参数即可进行测量，利用配套数据处理软件对数据进行解算即求得测点三维坐标。其它工作如卫星的捕获、卫星跟踪观测整周模糊度解算等皆由仪器自动完成。

二、GPS作业缺陷

基于上述GPS 技术的优点，因而在地质勘探作业中得到了广泛的应用。同时也有不足， 主要表现在以下几个方面：

l 、受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候，有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区域 ，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中一可作业时间受限制。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。

2 、高空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到 5 颗卫星，因此初始化时间长甚至不能初始化，就无法进行测量。

3 、精度和稳定性问题。 GPS 测量精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面，这是由于 GPS 较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的原因。不同质量的系统，其精度和稳定性差别较大。

4 、电量不足问题。 GPS 耗电量较大，需要多个大容斌电池、电瓶才能保证连续作业，在电力供应缺乏的偏远作业区受到限制。

三、公路工程测量中利用GPS技术进行控制测量

1、 测前准备

GPS RTK内存数据容量，分析测点所处的环境，预测最佳观测时间；检查仪器的设置：仪器所处的模式是静态或动态、卫星高度截止角、数据采样频率、天线的类型等。

2、 数据传输

传输前需要检查每个时段内记录的数据量是否接近、剔除无效数据；设置数据参数；传输前检查传输软件的设置是否和所用的仪器匹配；为方便以后解算使用传输时记录好点名和时段，同时拷贝备用；

3、 数据处理

（1）基线向量解算时，可根据不同情况，设置好是解算部分基线还是解算全部基线， 软件自动解算；

（2） 基线向量解算后，可初步检査一下评判各基线的置信参数，检査同步环、异步环等闭合差， 检査不同时段同一条边的较差， 査出超限原因， 剔除有粗差的基线；

4.平差计算

GPS定位成果属于 WGS-84大地坐标系， 而实用的测量成果是属于国家坐标系或地方坐标系，综上所述，必须解决成果的坐标系转换问题。

（1） 基线向量解算后的平差分为三类：（1）无约束平差，（2）约束平差，（3）联合平差。日前，对于绝大多数的地区联合平差是解决 GPS网成果转换的有效手段，也是绝大多数的地区目前唯一行之有效的方法。因此 GPS网一般要联测3-5个已知点；

（2） GPS基线向量网成果的内精度分析：根据无约束平差成果分析，主要考察基线向量观测值改正数、 各点坐标中误差、 点位中误差、 GPS基线向量边的方位和边长相对精度， 若发现有明显粗差， 则要在联合平差前剔除。

三、坐标转换与高程计算

道路中线各点的坐标都是表示在线路坐标系中的， 而 GPS 卫星采用的是WGS-84坐标系统， 测量的结果也是属于该坐标系的， 因此要把该结果实时转换到线路坐标系中才能使两者进行比较。另外， 在平面位置满足要求以后还要其高程信息， 而 GPS测得的是大地高， 还要将其转换为水准高才能绘制横断面图。

（1）坐标转换

为在定测中运用 RTK技术，应首先建立 RTK作业的基准站网络，即控制网 。 点之问的距离可以是几公里或十几公里，这此点构成线路的首级控制网，它不仅有 wGS-84坐标， 同时也有线路坐标系的坐标。在 RTK作业时应求得转换参数以进行两种坐标系的实时转换，在两个控制点间的线路应选用该两点的两套坐标求转换参数。

（2）高程计算

在线路工程中完个用 GPS 替代基平测量尚有一定的困难，基平仍由水准或三角高程测量来完成，基平一般每 l～2 km 布设一个水准点，在基平点选择及 GPS 线路控制时应顾及两者有足够多的重合点，这样保证每 2～ 3 kn 有一个重合点，这时采用拟合模型其误差就能得到有效的控制，拟合后相对于基平水准点高程中误差可在 2～3 cm 以内，这样的精度可以满足中平测量以及野外地形数据采集对高程的精度要求

五、结束语

GPS技术已经在公路工程测量中引起了重大变革，带来了空前的高效率、低强度的作业模式。随着最新兴的计算机网络管理技术、互联网技术、无线电通信技术和全球定位技术于一身的的先进的多基站GPS RTK算法的网络RTK技术的出现，高精度全球定位系统的发展进入了一个新的阶段，随着它的推广和应用，GPS技术在道路测量中的应用极大的拓展，从源头上提升了公路工程测量的精度和作业效率，降低了人力物力的消耗。因此我坚信GPS测量技术在公路工程的测量中会越走越远。

参考文献：

【1】李贵兵.GPS测量技术在公路建设中的应用特点探讨[J].工程技术，2010 （NO3）：83

【2】康二刚.GPS在公路工程控制测量中的应用[J].铁道勘测与设计，2009.06：73-74

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