基于公路工程测量中GPS的应用研究
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作者: 刘贵洲
摘要： GPS技术的不断发展已在我国公路工程测量中得到普遍应用，但是如何更好地发挥GPS技术及实现公路工程中的较好示范应用作用，从理论到实践还有较大差距。基于此，在分析了公路工程测量中使用GPS技术特点的基础上，对路桥变形检测双频GPS有关推算做一阐述，文章最后，根据作者的工作所得，对GPS的应用前景作了论述。
关键词：公路工程；测量；GPS；静态定位；动态定位
中图分类号: TP274文献标识码:A
时下，GPS技术的不断发展已在我国公路工程测量中得到普遍应用，但是如何更好地发挥GPS技术及实现公路工程中的较好示范应用作用，提高其工作效率，从理论到实践仍有较大差距。鉴于此，根据实际工作经验得出：GPS技术的诸多优点多数集中体现在精度高,不受天气、通视条件等影响。就目前的高等级公路,尤其对高速公路来说,由于其车速高、全封闭的特点,对线形标准要求很高，相应的沿线经过的地形较为复杂而且影响通视,同时，这些重点工程往往是任务重、时间紧，质量要求高。因此作为先期工作的基础控制测量,采用GPS技术是理想的作业方法。下面先就GPS技术的特点做一阐述。
1．公路工程测量中使用GPS技术特点
根据笔者多年的工作所得，具体来说公路工程测量中使用GPS技术主要具有以下几方面的特点:（1)实时定位，准确。对导航用户而言,需要实时知道自己所处的位置。利用子午卫星系统要测若干段时间后才能获得定位结果;而GPS技术利用实时的观测数据获得实时的定位结果,具有实时性。（2)定位精度高、速度快。在导航及测量领域,GPS与常规方法相比,具有精度高、速度快、操作简单、自动化程度高等优点,由此带来了很好的经济和社会效益。（3)无需通视。对常规测量而言,点与点之间只有通视才能进行测量,而GPS用于测量的一个显著优点就是点与点之间无需通视,只要各测量点能接受到卫星信号就可进行定位,因此,可以避免许多过渡点,不仅给测量工作到来许多方便、节省许多费用,而且能够提高测量精度。（4)不受天气限制。无论是雨雪还是风雾的天气均可进行GPS定位服务,因此,在恶劣气候环境下也能进行GPS定位,保证用户在恶劣气候环境下按时顺利地完成任务。（5)操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。（6）提供三维坐标。GPS技术测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
2. 公路工程测量中路桥变形检测双频GPS有关推算
综合上面的论述和笔者工作经验不难看出，目前GPS测量技术，尤其是路桥等的各类变形监测中处于应用的最前沿，对于路桥的变形检测主要是实时监测工程建筑物的动态变形。这种测量的特点具有采样密度高。下面就公路工程测量中GPS技术的双频P码伪距法做一推算。供同行参考。
我们就拿4颗卫星组成搜索空间这个事例来说，首先让这4颗卫星满足以下要求：（1）高度角大于13°；（2）它们构成的DDOC最小，DDOC的定义如公式所示：DDOC=trace（ATA）-1，式中A是不同的卫星的相位双差所对应的设计矩阵。为了形成这样的双差，选择一颗高度角大且两测站都有相位观测值的卫星作为参考卫星。
第二，测量推算获得这4颗卫星宽波组成双差观的测值，根据此计算宽波模糊度初值，以此初值的±1周组成对应的模糊度空间，再对组合空间进行双差迭代解算，形成候选坐标组合。
第三，通过第二步的计算，已经获得了待定点可能的位置精度，这个时候可以计算同一历元其他宽波相位双差观测整周模糊度。对于每一组模糊度组合，列出宽波相位值已知情况下的双差"固定解"的观测函数，用最小二乘法迭代求解待定点的坐标值，并据此估算单位权中误差值大小。最后我们选择具有最小误差值的解为最佳的答案，并执行分辨率值的验算。
3. GPS技术在公路工程测量中应用
经过笔者的多次实践验证，在我国的公路工程测量工作中主要应用了GPS技术的静态功能和动态功能这两大功能应用。这两种功能应用完全可以满足公路勘察设计和公路建设的精度要求。
3.1 GPS技术在公路工程测量中的静态功能应用
所谓静态功能应用，是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；它是至少有两台接收机同时接收卫星信号，经过卫星信号的处理可精确计算出两点在WGS一84地心坐标系的三维坐标差，根据其中一点的坐标可推算出另一点的坐标，由于静态相对定位精度高，可广泛应用于形变监测、大地测量、城市与工程控制等多领域。
3.2GPS技术在公路工程测量中的动态功能应用
所谓动态功能应用，是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。具体来说，就是将一台GPS接收机置于基准站不动。而另一台（或几台）GPS接收机处于运动状态，根据基准站与流动站信号的差分可解算出流动站各时刻的位置参数。
4. GPS技术在公路工程测量中发展趋势
笔者认为，进入21世纪以来，GPS的动态测量技术日渐趋于成熟，它所具有的高精度、快速度和强可靠性为我国的公路工程测量一体化的实现提供了强有力的保障措施。在本章节笔者单就GPS的动态测量技术的应用前景做一阐述。
4.1可以大比例尺带状地形图测绘。在实际的公路测量中，采用GPS的动态测量技术进行地形图测绘,不需要点间通视,减少测量层次。只需要1个人拿着流动站GPS接收机在待测的地物地貌等碎部点上采集1分钟的时间,并通过动态测量技术操作手簿输入碎部点的特征编码及属性信息，这样，就可以得到碎部点的三维坐标。其次，再通过内业的数据传输和格式转换,至专用绘图软件编辑成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息,采集速度快,因此大大降低了测图难度,既省时又省力。
4.2可以优化公路勘测作业步骤。就目前的公路测量工作的环节来说，比较繁杂。如果我们采用GPS的动态测量技术，就可以按照"静态与动态"的作业方式实现一体化勘测目标。这种作业方式是将公路勘测工作分为静态作业和动态作业两大环节。静态作业是利用GPS技术建立全线基础控制网,提供高精度的框架,并为动态作业提供转换参数;动态作业就是利用RTK技术,分段测量放样。它要求流动站分工明确,如有的负责测图,有的负责放样。其实质在于扩大RTK技术的应用范围,其关键在于实时GPS系统的数量。
4.3可以实现道路断面放样工作。纵断面放样时,先把需要放样的数据输入到电子手簿中，生成一个施工测设放样点文件,并储存起来,随时可以到现场放样测设。横断面放样时,先确定出横断面形式，然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高),生成一个施工测设放样点文件,储存起来,并随时可以到现场放样测设。因为所用数据都是测绘带状图时采集而来的,不需要到现场进行纵、横断面测量,大大减少了外业工作。必要时也可用动态GPS到现场检测复核,这与传统方法相比,既经济又实用,前景又广阔。
参考文献
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[3]邹应华．GPS RTK技术在公路测量中的应用[J]．科技广场，2009，（3）．
[4]姚宏岗，秦彩霞，范云峰．公路设计测量中GPS水准高程点位的选择及应用[J]．河南测绘，2008，（4）．
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