GPS在现代公路勘测中的应用研究

孙帅 孙润博

摘 要： 全球定位系统GPS作为新一代卫星导航和定位系统，不仅具有良好的抗干扰性和保密性，且具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。可见在现代公路勘测中，GPS技术具有很高的应用价值。鉴于此，本文围绕GPS技术在现代公路勘测中的应用进行探讨与研究，希望能够为交通事业的建设与发展提供一点理论支持。

关键词： GPS；公路勘测；应用

引言：GPS即全球定位系统，是利用GPS接收机接收卫星信号实现导航定位的一种高新技术，其空间部分由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成，卫星轨道高度20200km，这些卫星的空间布局可以保证在地球的任一点和任一时刻均可利用GPS信号接收机接收4颗以上卫星的信号。在公路工程中，运用GPS将使传统的公路测量方法发生根本的变革，对提高公路勘测设计的自动化水平具有重要意义。

一、GPS的定位原理

GPS定位原理即测量学中的空间距离后方交会，各测点共视卫星，测定出接收天线到各可见卫星的瞬时距离。为了测定瞬时站星距离，主要采用两种方法： 一是测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机 的传播时间，即伪距测量； 一是测量具有载波多普勒频移的

GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，即载波相位测量。利用码相位的伪距测量定位速度最快，只需在任意时刻同时接收3颗以上的卫星就可以解算出该时刻接收天线的三维位臵，但只能用于单点绝对定位。载波相位测量是目前GPS测量中精度最高的测量，而且它的获得不受精码（P码或Y 码）保密的限制。利用载波相位进行单点定位可以达到比测距码伪距定位更高的精度。载波相位测量的最主要应用是进行相对定位，即差分

GPS（DGPS）定位，用两台接收机同步观测至少四颗卫星，利用载波相位的差分观测值，消除或削弱多种误差的影响，获得两点间高精度的GPS基线向量。在定位观测时，GPS定位分为动态定位和静态定位。若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位；若接收机相对而言于地球表面静止，则称为静态定位。由于载波相位测量的关键技术是求解“整周模糊度（整周未知数）”，静态测量需要较长的观测时间 （一般60min以上），其目的是让卫星星座有较大的变化，以便正确求解整周模糊度； 动态测量采用整周模糊度快速逼近技术（FAFA）、OTF算法，提高定位速度。

二、GPS技术的应用特点

目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。利用GPS测量能克服上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了各级公路测设质量。相对于以往测量来说，GPS测量主要有以下特点：①测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS 这一特点，使得选点更加灵活方便。②定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精 度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS 测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。③观测时间短。在小于20km 的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。④提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可精确测定观测站的大地高程。⑤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。

综上不难看出，现阶段，公路测量的技术潜力蕴于RTK（实时动态定位）技术的应用之中，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。

三、GPS技术在公路勘测中的应用

1 GPS静态技术布设首级平面控制网

公路勘测首级平面控制网的任务是根据线路的基本走向布设控制点，作为测绘带状地形图、定线测设和施工放样的基础。作业过程为技术设计、仪器检验与维护、选点与埋石、外业观测、基线解算与检核、网平差、坐标转换及技术总结，其中技术设计、选点和坐标转换最为关键。在工程实践中需重点处理好GPS偏心观测、工程投影变形和内业平差的优化等问题。实践证明：在几十公里范围内的点位误差一般在2cm左右。

2 GPS动态技术加密首级平面控制网

根据《公路勘测规范》规定以及现场勘测条件，在建立首级平面控制网后，每隔700～800m左右设置二级控制点，应用GPS动态定位技术进行加密测量。在待测点位置上架好仪器，连接电台、接收机、手簿，确认连接无误后，打开GPS接收机，开始接收定位数据，通过手簿设置GPS接收机为动态定位模式。对计算结果进行坐标转换得到待测点的坐标。外业测量过程中，流动站与基准站之间的共同锁定卫星数目应不小于5颗，且GPS卫星分布几何因子小于3为较好观测时间，在该时段观测，待测点的定位精度收敛比较快，并且可以得到精度比较高的固定解。对一个待测点，一般重复观测5次，得到5个待测点的直角坐标，大致比较5组数据之间的差值，如果观测的坐标差值在1cm以内，则认为5次观测数据为有效，否则，对流动站重新初始化，再次进行观测。外业测量完毕后，利用随机配置的数据下载软件以及数据处理软件计算得到的高斯平面坐标。

3 高程控制测量

GPS定位系统所观测的高程为大地高，而公路测量中采用的是正常高。在实际工作中，通常会根据测区的实际情况，选取分布适宜、数量适中的水准高程联测控制點，进行水准联测，以便获得比较精确地反映测区高程异常变化的拟合参数。然后，利用GPS技术采用静态联测和动态观测两种方法得到待测点的大地高，利用数学模型即可计算出待测点的正常高。

4 大比例尺带状地形图的测绘

随着工程质量要求的不断提高，单一使用GPS-RTK或全站仪已经满足不了实际测量工作的需要，这样就出现了在同一工程中同时采用两种方法的联合应用，即 GPS-RTK的测量成果常为全站仪所用，全站仪测量值又常作为检校GPS作业的依据，可以优势互补、取长补短，可快速布设控制点，又能高精度快速地获得三维坐标。这样可以大大加快测量速度，提高工作效率。

5 大比例尺带状地形图的测绘

随着工程质量要求的不断提高，单一使用GPS-RTK或全站仪已经满足不了实际测量工作的需要，这样就出现了在同一工程中同时采用两种方法的联合应用，即 GPS-RTK的测量成果常为全站仪所用，全站仪测量值又常作为检校GPS作业的依据，可以优势互补、取长补短，可快速布设控制点，又能高精度快速地获得三维坐标。这样可以大大加快测量速度，提高工作效率。

三、结语

总而言之，在现代公路测量中，GPS技术具有非常广阔的应用前景，作为公路技术人员，我们非常有必要围绕该项技术进行深入研究，并采取改进措施，提高技术水平，以此改善公路勘测效果，为推动公路工程建设与发展提供有力支持。

参考文献

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