手机GPS在公路前期外业勘察和内业阶段的应用

赵小明

(广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

在公路项目外业勘察过程中，为了准确调查记录路线周边的地形、地物以及相关控制点，往往要借助于GPS测量，其中包括RTK、手持GPS等，利用各种设备，提供相关精度的测量资料，以满足各种设计需求，在这个过程中，大型的GPS设备往往要耗费大量的人力、物力和时间。如何能在此勘察阶段，优化工作步骤，利用新方式、新方法提高效率，值得探讨和研究。对于精度要求不高，只需沿线记录和调查的地物，可以通过开放的手机GPS来采集。手机具有重量小、小巧方便、功能全、充电方便、续航时间长等优势，已在我们生活和工作的方方面面具有不可替代的作用，绝大多数手机都支持GPS功能，该功能是免费的、公开的，本文就手机GPS在外业勘察设计以及内业设计中的应用进行阐述。

1 手机GPS的工作原理

手机的定位系统主要分为两种，一种是基于移动运营网的基站的定位，另一种是基于手机GPS定位模块的定位方式。基于移动网络的方式，受网络信号影响，具有定位精度不高、使用地区受限的缺点，故用处不大。基于GPS的方式是利用手机上的GPS定位模块将位置信号发送到定位后台来实现手机的定位，它是基于美国运营的全球卫星系统，24颗GPS卫星分布在距离地面1.2万km 6个轨道平面上，以12 h的周期环绕地球运行，使得任意时刻地面上任意点都可以观测到4颗以上的卫星，手机集成的GPS模块只有接收，没有发射功能。24颗卫星不断地向地球发射包含时间、卫星点位等重要参数的信息，被手机收到后，手机会利用多个卫星的同一时间发出的信号到达的先后顺序及时差计算出手机到各个卫星的距离，然后利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星组成3个方程式，解算出手机的位置(X、Y、Z)。GPS定位的特点是定位精度高、接口免费、可随时调用、全球定位，缺点是无法在室内使用，云层厚度对信号有影响，耗电量大。手机GPS的精度完全可以利用在工程外业调查以及一些精度要求不高的测量应用中。

2 手机GPS在公路项目勘察设计中的应用

公路是线性带状结构，外业调查基本是沿路线中桩行走，在这个过程中要不断记录。外业记录的方式主要分专业记录本记录、坐标数据采集以及外业照片等，利用手机GPS软件，可以轻松完成这三项工作，而后形成电子数据，在后期内业中应用以及归档。

(1)在手机中安装专业户外GPS软件，如奥维地图、oruxmap等地图软件，然后将公路路线准确导入到手机，这类地图软件大多支持的数据格式为KML格式、KMZ格式(KML格式的压缩格式)。KML格式是由谷歌开发和维护的一种基于XML的标记语言，利用XML语法格式描述地理空间数据的文件格式。我们将实现CAD格式DWG路线文件与KML文件的互相转化，并且能够准确地匹配坐标，只要能顺利建立起这种数据管理转化的通道，实现在手机端和电脑端资源共享，那么就可以从电脑端将大量所需要的信息上传至手机端地图上，方便外业调查以及精确的路线导航；同样，也可以将手机端测量等信息下载至电脑端，方便电脑端进一步整理整合，最终输出汇总KML文件和汇总DWG文件。KML格式与DWG格式相互转换的方法较多，譬如ACADKML软件、地图导航类软件等，不同坐标系之间精确坐标转换需要通过坐标七参数法，求得转换参数。七参数法需要至少三个以上的坐标公共点，这三个公共点可以从控制点成果中获取，转换精度较高，当没有控制点成果时，可以根据地形图与高清卫星图之间查找，精度依然能够满足外业调查测量的要求。通过这种方法，建立起电脑端和手机端的数据传输，经过准确转换后，导入奥维地图上的路线KML文件精度很高，经过实地踏勘验证，精度能够满足设计踏勘需求。有了该文件，可以完全依靠手机进行路线导航，在天气良好的情况下，GPS定位精度更好，即使多云天气，GPS搜星时间略长，但精度仍能满足需求。

(2)GPS简单测量。以手机奥维地图为例，在外业调查中，利用手机GPS软件可以进行简单测量。手持GPS可以进行点测量、多边形测量、面积测量等，利用手机GPS软件也可以完成相关测量，将需要调查的地形地物，以点、线、多边形的方式记录，通过数据导出为所需要的KML和dwg文件，导入到CAD或者Google地球中。为了方便以后其他专业调查，我们可以记录航线文件，将调查过的文件上传共享，优化工作步骤，节约时间。

(3)GPS相片能准确记录拍摄地点，照片属性中含有拍摄地点的准确坐标(经纬度坐标)，它同样利用了手机的GPS功能。如果能实现将准确的拍摄位置以快捷方式打开的方式(即路点照片)展现在Google地球上，结合路线及其它数据，就更能方便之后的内业设计以及后期归档。这种方式的优势首先在于位置与调查工点相匹配，是对现场实际情况一个最直观的反馈，没有去过现场的人员可以更快速地了解项目情况；其次是方便各个专业以及部门浏览查阅，GPS照片可以以KMZ格式存储(称之为路点照片文件)。我们首先把GPS照片整理存档，再通过格式转换，将GPS照片转化成KMZ格式。KMZ格式是KML格式的压缩型式，它不仅能包含KML文件，也能包含其它类型的文件(GPS照片含在其中)；通过KMZ格式，任何电脑终端都能很方便地浏览，以及提供给专业领导或总工第一手直观资料。GPS照片获得的方式很多，有些手机自带GPS相机这项功能，只需将GPS功能开启即可，拍照时GPS经纬度坐标就会记录在照片的属性中；不带此功能的手机，也可以通过第三方软件实现，而最终的成果文件为KMZ格式的路点照片文件。

(4)各专业的协同作业。一个公路项目外业阶段，往往需要路线、路基路面、桥涵、隧道等专业，利用上述方法，协同作业，将外业成果汇总，主要步骤如图1所示：

图1 协同合作流程图

各专业按照勘察设计需求，完成本专业调查，利用手机GPS功能，路线专业先完成路线中线的准确导航线位、主要控制点的KML以提供给其他专业；各专业按照自己的专业需求，调查采集数据，将最终调查的KML、KMZ文件汇总，一方面形成外业勘察汇总文件KML展示在谷歌地球上，利用谷歌地球以及视频剪辑软件，制作专业级动画，在项目汇报中展示。KML汇总文件还有一个优势就是方便传递和审阅，只要安装谷歌地球，非专业的其他人员均能查看；另一方面也可以将汇总的KML文件转成DWG格式，在CAD中分图层标记，用以做方案设计，这样就实现了数据共享以及不同数据格式最大化应用，提高工作效率。

(5)外业成果展示及应用。公路项目传统的汇报方式一般包括PPT、汇报简本、各种比例尺的平纵面图以及二维的其它图纸，汇报时间因项目大小各异，一般在1 h以内，与会人员有很多非技术专业人士，这种汇报方式在这么短的时间内很难让人详细了解和理解，有时甚至会给某些参会人员很多误解，造成不必要的麻烦，汇报效果不是很好。

谷歌地球能提供开放的三维地形与高清影像图相结合的真实场景，汇总的KML、KMZ文件可以在谷歌地球上浏览，制作专业级动画，在项目外业验收汇报阶段，可以非常直观地展现项目的路线概况以及一些主要控制点。针对一些重要工点，譬如特大桥梁、特长隧道工程等，还可以将创建的三维模型导入到谷歌地球中，其中可包含桥梁施工阶段施工组织、场地布置等相关内容，全方位、多视角浏览介绍，详细直观地汇报，提高汇报的质量，打破了传统的单一PPT汇报方式，使汇报更生动，效果更好。

3 结语

随着公路行业科技的进步与高速发展，单一传统的设计方式很难适应发展的需要，新思路、新方法的应用越来越显得至关重要。利用开放的手机GPS能大大优化工作步骤，节约时间成本、人力成本。本文只是简单介绍一种新的设计思路，在此基础上还可以进行更多的拓展与交互应用，例如利用开放的地理信息坐标高程数据完成以上内容，完全可以解决在项目建议书以及工可阶段的研究深度问题，改变以往工作模式，提高设计质量、工作效率。