廖驍濤

摘 要：GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的促進(jìn)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。文章主要介紹GPS測(cè)量的基本原理及技術(shù)特點(diǎn)，并以公路工程測(cè)量為例，分析GPS在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；公路工程；測(cè)繪

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，推進(jìn)我國路網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展。公路工程的建設(shè)通常工期緊，任務(wù)繁重，并且要求精度高，而路橋和隧道建設(shè)尤其突出，傳統(tǒng)的測(cè)量儀器已經(jīng)不能再滿足于現(xiàn)代公路建設(shè)要求。GPS全球定位系統(tǒng)是一種新型測(cè)量技術(shù)，可以全天候高精度對(duì)公路工程建設(shè)進(jìn)行的測(cè)量，極大促進(jìn)路網(wǎng)建設(shè)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。

1 GPS測(cè)量的基本原理

GPS全球定位系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要由空間衛(wèi)星群、地面監(jiān)控系統(tǒng)及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。GPS測(cè)量的基本原理是空間距離交會(huì)定點(diǎn)原理。也就是說，假設(shè)地面上有3個(gè)位置確定的無限電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，將其位置坐標(biāo)采用xi、yi、xi表示（其中i=1、2、3），在某一時(shí)刻，用戶設(shè)備采用無線電測(cè)距原理測(cè)出用戶設(shè)備到3個(gè)無限電發(fā)射臺(tái)的距離為Ri（其中i=1、2、3），則用戶設(shè)備的空間位置（xp、yp、zp）就可以用3個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以測(cè)出的距離為半徑，采用距離交會(huì)原理計(jì)算得出。其數(shù)學(xué)計(jì)算模型表現(xiàn)如下。

而對(duì)于2個(gè)無限電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，可以根據(jù)用戶設(shè)備的大概位置采用距離交會(huì)原理測(cè)出用戶設(shè)備的平面位置。GPS全球定位系統(tǒng)的基本原理就是將無線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)轉(zhuǎn)變成太空中的衛(wèi)星，從而組成一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其采用無限電測(cè)距交會(huì)定點(diǎn)原理就可根據(jù)地面上3個(gè)或以上用戶設(shè)備測(cè)量出衛(wèi)星的空間位置，而利用3個(gè)或3個(gè)以上衛(wèi)星的已知空間位置，就可以測(cè)量出用戶設(shè)備的空間位置。GPS全球定位系統(tǒng)采用的無限電測(cè)距交會(huì)定點(diǎn)原理同樣適用于航空導(dǎo)航攝影、地形測(cè)量及輪船導(dǎo)航定位等領(lǐng)域。

2 GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

GPS全球定位系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的測(cè)量儀器具有以下優(yōu)勢(shì)：

2.1 測(cè)量站間距離無需通視

在我國路網(wǎng)建設(shè)中，測(cè)量站間的距離需要通視一直是公路工程測(cè)量中的技術(shù)難點(diǎn)，而GPS全球定位系統(tǒng)采用的無線電測(cè)交會(huì)定點(diǎn)原理很靈活的避免測(cè)量站間距離需要通視，然而在GPS全球定位系統(tǒng)測(cè)量過程中要注意測(cè)量站需要空曠，能有效的接收到GPS信號(hào)。

2.2 測(cè)量精確度高

在公路工程測(cè)量中，雙頻GPS-RTK設(shè)備靜態(tài)基線解算精度為：平面3mm+1ppm；高程5mm+2ppm。GPS全球定位系統(tǒng)會(huì)隨著測(cè)量距離的長度加長，測(cè)量距離的精確度更高，據(jù)相關(guān)資料顯示，在測(cè)量基線小于50公里的情況下，其固定誤差小于10mm，在測(cè)量基線為100至500公里的情況下，其固定誤差小于8mm。

2.3 測(cè)量時(shí)間短

與傳統(tǒng)測(cè)量儀器測(cè)量相比，采用GPS全球定位系統(tǒng)布設(shè)控制網(wǎng)測(cè)量距離的時(shí)間通常在30-40min內(nèi)，而采用GPS全球定位系統(tǒng)快速靜態(tài)定位法測(cè)量的時(shí)間更短。

2.4 顯示三維坐標(biāo)

GPS全球定位系統(tǒng)可以在測(cè)量出觀測(cè)站平面位置基礎(chǔ)上，精確的測(cè)量出觀測(cè)站距離地面的實(shí)際高程，顯示出準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)。

2.5 簡(jiǎn)單的操作技能

GPS全球定位系統(tǒng)是自動(dòng)化測(cè)量，而現(xiàn)當(dāng)代很多的用戶接收設(shè)備趨于小型化及簡(jiǎn)單化，測(cè)量人員只需將點(diǎn)位對(duì)中，測(cè)量好天線的高度標(biāo)準(zhǔn)，然后打開電源即可自動(dòng)化測(cè)量。GPS全球定位系統(tǒng)采用數(shù)字化軟件系統(tǒng)對(duì)測(cè)量出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而精確的測(cè)量出測(cè)量點(diǎn)的三維空間位置。

2.6 全天候測(cè)量

GPS全球定位系統(tǒng)可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間以及任何環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)受到地域、時(shí)間及環(huán)境的影響，可以進(jìn)行全天候的測(cè)量。

3 GPS在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用

公路工程建設(shè)特點(diǎn)通常是蜿蜒、細(xì)長型建筑，公路工程的建設(shè)通常為數(shù)百公里，甚至高達(dá)數(shù)千公里，因此，對(duì)公路工程的建設(shè)測(cè)量點(diǎn)需要貫穿全線，并且要求測(cè)量點(diǎn)有效，且精確度高。GPS全球定位系統(tǒng)在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用表述如下。

3.1 GPS網(wǎng)的測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)是公路工程測(cè)量的基礎(chǔ)工作，其工作主要根據(jù)GPS網(wǎng)測(cè)量用途及測(cè)量人員對(duì)測(cè)量的要求而制定的，主要內(nèi)容包括GPS網(wǎng)測(cè)量精度指標(biāo)的確定和網(wǎng)圖的設(shè)計(jì)。GPS測(cè)量精度指標(biāo)的確定主要是根據(jù)測(cè)量的用途而確定，測(cè)量人員要根據(jù)實(shí)際需求和現(xiàn)實(shí)設(shè)備恰當(dāng)?shù)拇_定GPS網(wǎng)測(cè)量的精確等級(jí)。測(cè)量人員對(duì)GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)十分重要，要注意GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)的有效可靠性；GPS點(diǎn)要能和其它控制點(diǎn)通視以便聯(lián)測(cè)；要求至少有3個(gè)GPS點(diǎn)能與地面控制網(wǎng)點(diǎn)重合以便坐標(biāo)參數(shù)的轉(zhuǎn)換；GPS點(diǎn)要盡量與水準(zhǔn)點(diǎn)重合或與等級(jí)水準(zhǔn)線聯(lián)測(cè)以便需要高程測(cè)量；GPS點(diǎn)盡量選擇在視野開闊、交通便利的地點(diǎn)，避免高壓線、微波輻射等干擾。

3.2 選擇有效測(cè)量點(diǎn)，布置路網(wǎng)

對(duì)于有效測(cè)量點(diǎn)的選取，路網(wǎng)的布置，測(cè)量人員要結(jié)合測(cè)量相關(guān)實(shí)際資料，如地形圖、高程系統(tǒng)及坐標(biāo)等，并現(xiàn)在圖紙上設(shè)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)選點(diǎn)。在選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)，要盡量滿足施工測(cè)量要求，選擇測(cè)量點(diǎn)的視野要開闊，有利于GPS接收設(shè)備信號(hào)的接受和布置，并且測(cè)量點(diǎn)要避免強(qiáng)電輻射區(qū)，周圍無大面積發(fā)射面而引起的路徑效應(yīng)，測(cè)量點(diǎn)的布置要穩(wěn)定牢固。測(cè)量人員要對(duì)路橋、隧道等重點(diǎn)工程項(xiàng)目的兩端和不同測(cè)量單位設(shè)置的接口處等端頭區(qū)域做好測(cè)量點(diǎn)的布置，盡量測(cè)量點(diǎn)選擇在便于交通及具有兩個(gè)或以上的通視方向，有利于聯(lián)合其它測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量或擴(kuò)展測(cè)量。

3.3 外業(yè)觀測(cè)

對(duì)于公路工程建設(shè)的測(cè)量，要求測(cè)量數(shù)據(jù)精確度較高，因此，公路工程建設(shè)外業(yè)觀測(cè)的通常采用靜態(tài)觀測(cè)法。靜態(tài)觀測(cè)法的主要步驟為點(diǎn)位對(duì)中、安置天線、打開電源接收信號(hào)及保存測(cè)量數(shù)據(jù)這四個(gè)步驟。

3.4 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理分析

測(cè)量人員將外業(yè)觀測(cè)所測(cè)出的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)線輸入計(jì)算機(jī)中，并利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的基線相量、閉合差進(jìn)行校對(duì)，校對(duì)完成后進(jìn)行網(wǎng)平差及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以得到公路工程建造線路所需的最終精確的測(cè)量結(jié)果。

4 結(jié)語

GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的促進(jìn)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。GPS全球定位系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的測(cè)量儀器具有測(cè)量站間距離無需通視、測(cè)量精確度高、測(cè)量時(shí)間短、顯示三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)單以及全天候測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，特別適用于地形復(fù)雜、測(cè)量困難的公路工程區(qū)域，并且數(shù)據(jù)結(jié)果全自動(dòng)化處理，極大的提高測(cè)量工作效率及成果質(zhì)量，在未來公路工程建造上具有很大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱家兵.GPS在工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，23（12）.

[2] 龍涌.GPS在工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009，22（18）.

[3] 徐貴南.GPS在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2010，01（14）.

[4] 李偉.淺析GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技資訊，2013，05（24）.

摘 要：GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的促進(jìn)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。文章主要介紹GPS測(cè)量的基本原理及技術(shù)特點(diǎn)，并以公路工程測(cè)量為例，分析GPS在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；公路工程；測(cè)繪

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，推進(jìn)我國路網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展。公路工程的建設(shè)通常工期緊，任務(wù)繁重，并且要求精度高，而路橋和隧道建設(shè)尤其突出，傳統(tǒng)的測(cè)量儀器已經(jīng)不能再滿足于現(xiàn)代公路建設(shè)要求。GPS全球定位系統(tǒng)是一種新型測(cè)量技術(shù)，可以全天候高精度對(duì)公路工程建設(shè)進(jìn)行的測(cè)量，極大促進(jìn)路網(wǎng)建設(shè)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。

1 GPS測(cè)量的基本原理

GPS全球定位系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要由空間衛(wèi)星群、地面監(jiān)控系統(tǒng)及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。GPS測(cè)量的基本原理是空間距離交會(huì)定點(diǎn)原理。也就是說，假設(shè)地面上有3個(gè)位置確定的無限電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，將其位置坐標(biāo)采用xi、yi、xi表示（其中i=1、2、3），在某一時(shí)刻，用戶設(shè)備采用無線電測(cè)距原理測(cè)出用戶設(shè)備到3個(gè)無限電發(fā)射臺(tái)的距離為Ri（其中i=1、2、3），則用戶設(shè)備的空間位置（xp、yp、zp）就可以用3個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以測(cè)出的距離為半徑，采用距離交會(huì)原理計(jì)算得出。其數(shù)學(xué)計(jì)算模型表現(xiàn)如下。

而對(duì)于2個(gè)無限電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，可以根據(jù)用戶設(shè)備的大概位置采用距離交會(huì)原理測(cè)出用戶設(shè)備的平面位置。GPS全球定位系統(tǒng)的基本原理就是將無線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)轉(zhuǎn)變成太空中的衛(wèi)星，從而組成一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其采用無限電測(cè)距交會(huì)定點(diǎn)原理就可根據(jù)地面上3個(gè)或以上用戶設(shè)備測(cè)量出衛(wèi)星的空間位置，而利用3個(gè)或3個(gè)以上衛(wèi)星的已知空間位置，就可以測(cè)量出用戶設(shè)備的空間位置。GPS全球定位系統(tǒng)采用的無限電測(cè)距交會(huì)定點(diǎn)原理同樣適用于航空導(dǎo)航攝影、地形測(cè)量及輪船導(dǎo)航定位等領(lǐng)域。

2 GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

GPS全球定位系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的測(cè)量儀器具有以下優(yōu)勢(shì)：

2.1 測(cè)量站間距離無需通視

在我國路網(wǎng)建設(shè)中，測(cè)量站間的距離需要通視一直是公路工程測(cè)量中的技術(shù)難點(diǎn)，而GPS全球定位系統(tǒng)采用的無線電測(cè)交會(huì)定點(diǎn)原理很靈活的避免測(cè)量站間距離需要通視，然而在GPS全球定位系統(tǒng)測(cè)量過程中要注意測(cè)量站需要空曠，能有效的接收到GPS信號(hào)。

2.2 測(cè)量精確度高

在公路工程測(cè)量中，雙頻GPS-RTK設(shè)備靜態(tài)基線解算精度為：平面3mm+1ppm；高程5mm+2ppm。GPS全球定位系統(tǒng)會(huì)隨著測(cè)量距離的長度加長，測(cè)量距離的精確度更高，據(jù)相關(guān)資料顯示，在測(cè)量基線小于50公里的情況下，其固定誤差小于10mm，在測(cè)量基線為100至500公里的情況下，其固定誤差小于8mm。

2.3 測(cè)量時(shí)間短

與傳統(tǒng)測(cè)量儀器測(cè)量相比，采用GPS全球定位系統(tǒng)布設(shè)控制網(wǎng)測(cè)量距離的時(shí)間通常在30-40min內(nèi)，而采用GPS全球定位系統(tǒng)快速靜態(tài)定位法測(cè)量的時(shí)間更短。

2.4 顯示三維坐標(biāo)

GPS全球定位系統(tǒng)可以在測(cè)量出觀測(cè)站平面位置基礎(chǔ)上，精確的測(cè)量出觀測(cè)站距離地面的實(shí)際高程，顯示出準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)。

2.5 簡(jiǎn)單的操作技能

GPS全球定位系統(tǒng)是自動(dòng)化測(cè)量，而現(xiàn)當(dāng)代很多的用戶接收設(shè)備趨于小型化及簡(jiǎn)單化，測(cè)量人員只需將點(diǎn)位對(duì)中，測(cè)量好天線的高度標(biāo)準(zhǔn)，然后打開電源即可自動(dòng)化測(cè)量。GPS全球定位系統(tǒng)采用數(shù)字化軟件系統(tǒng)對(duì)測(cè)量出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而精確的測(cè)量出測(cè)量點(diǎn)的三維空間位置。

2.6 全天候測(cè)量

GPS全球定位系統(tǒng)可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間以及任何環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)受到地域、時(shí)間及環(huán)境的影響，可以進(jìn)行全天候的測(cè)量。

3 GPS在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用

公路工程建設(shè)特點(diǎn)通常是蜿蜒、細(xì)長型建筑，公路工程的建設(shè)通常為數(shù)百公里，甚至高達(dá)數(shù)千公里，因此，對(duì)公路工程的建設(shè)測(cè)量點(diǎn)需要貫穿全線，并且要求測(cè)量點(diǎn)有效，且精確度高。GPS全球定位系統(tǒng)在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用表述如下。

3.1 GPS網(wǎng)的測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)是公路工程測(cè)量的基礎(chǔ)工作，其工作主要根據(jù)GPS網(wǎng)測(cè)量用途及測(cè)量人員對(duì)測(cè)量的要求而制定的，主要內(nèi)容包括GPS網(wǎng)測(cè)量精度指標(biāo)的確定和網(wǎng)圖的設(shè)計(jì)。GPS測(cè)量精度指標(biāo)的確定主要是根據(jù)測(cè)量的用途而確定，測(cè)量人員要根據(jù)實(shí)際需求和現(xiàn)實(shí)設(shè)備恰當(dāng)?shù)拇_定GPS網(wǎng)測(cè)量的精確等級(jí)。測(cè)量人員對(duì)GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)十分重要，要注意GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)的有效可靠性；GPS點(diǎn)要能和其它控制點(diǎn)通視以便聯(lián)測(cè)；要求至少有3個(gè)GPS點(diǎn)能與地面控制網(wǎng)點(diǎn)重合以便坐標(biāo)參數(shù)的轉(zhuǎn)換；GPS點(diǎn)要盡量與水準(zhǔn)點(diǎn)重合或與等級(jí)水準(zhǔn)線聯(lián)測(cè)以便需要高程測(cè)量；GPS點(diǎn)盡量選擇在視野開闊、交通便利的地點(diǎn)，避免高壓線、微波輻射等干擾。

3.2 選擇有效測(cè)量點(diǎn)，布置路網(wǎng)

對(duì)于有效測(cè)量點(diǎn)的選取，路網(wǎng)的布置，測(cè)量人員要結(jié)合測(cè)量相關(guān)實(shí)際資料，如地形圖、高程系統(tǒng)及坐標(biāo)等，并現(xiàn)在圖紙上設(shè)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)選點(diǎn)。在選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)，要盡量滿足施工測(cè)量要求，選擇測(cè)量點(diǎn)的視野要開闊，有利于GPS接收設(shè)備信號(hào)的接受和布置，并且測(cè)量點(diǎn)要避免強(qiáng)電輻射區(qū)，周圍無大面積發(fā)射面而引起的路徑效應(yīng)，測(cè)量點(diǎn)的布置要穩(wěn)定牢固。測(cè)量人員要對(duì)路橋、隧道等重點(diǎn)工程項(xiàng)目的兩端和不同測(cè)量單位設(shè)置的接口處等端頭區(qū)域做好測(cè)量點(diǎn)的布置，盡量測(cè)量點(diǎn)選擇在便于交通及具有兩個(gè)或以上的通視方向，有利于聯(lián)合其它測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量或擴(kuò)展測(cè)量。

3.3 外業(yè)觀測(cè)

對(duì)于公路工程建設(shè)的測(cè)量，要求測(cè)量數(shù)據(jù)精確度較高，因此，公路工程建設(shè)外業(yè)觀測(cè)的通常采用靜態(tài)觀測(cè)法。靜態(tài)觀測(cè)法的主要步驟為點(diǎn)位對(duì)中、安置天線、打開電源接收信號(hào)及保存測(cè)量數(shù)據(jù)這四個(gè)步驟。

3.4 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理分析

測(cè)量人員將外業(yè)觀測(cè)所測(cè)出的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)線輸入計(jì)算機(jī)中，并利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的基線相量、閉合差進(jìn)行校對(duì)，校對(duì)完成后進(jìn)行網(wǎng)平差及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以得到公路工程建造線路所需的最終精確的測(cè)量結(jié)果。

4 結(jié)語

GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的促進(jìn)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。GPS全球定位系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的測(cè)量儀器具有測(cè)量站間距離無需通視、測(cè)量精確度高、測(cè)量時(shí)間短、顯示三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)單以及全天候測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，特別適用于地形復(fù)雜、測(cè)量困難的公路工程區(qū)域，并且數(shù)據(jù)結(jié)果全自動(dòng)化處理，極大的提高測(cè)量工作效率及成果質(zhì)量，在未來公路工程建造上具有很大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱家兵.GPS在工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，23（12）.

[2] 龍涌.GPS在工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009，22（18）.

[3] 徐貴南.GPS在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2010，01（14）.

[4] 李偉.淺析GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技資訊，2013，05（24）.

摘 要：GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的促進(jìn)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。文章主要介紹GPS測(cè)量的基本原理及技術(shù)特點(diǎn)，并以公路工程測(cè)量為例，分析GPS在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；公路工程；測(cè)繪

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，推進(jìn)我國路網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展。公路工程的建設(shè)通常工期緊，任務(wù)繁重，并且要求精度高，而路橋和隧道建設(shè)尤其突出，傳統(tǒng)的測(cè)量儀器已經(jīng)不能再滿足于現(xiàn)代公路建設(shè)要求。GPS全球定位系統(tǒng)是一種新型測(cè)量技術(shù)，可以全天候高精度對(duì)公路工程建設(shè)進(jìn)行的測(cè)量，極大促進(jìn)路網(wǎng)建設(shè)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。

1 GPS測(cè)量的基本原理

GPS全球定位系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要由空間衛(wèi)星群、地面監(jiān)控系統(tǒng)及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。GPS測(cè)量的基本原理是空間距離交會(huì)定點(diǎn)原理。也就是說，假設(shè)地面上有3個(gè)位置確定的無限電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，將其位置坐標(biāo)采用xi、yi、xi表示（其中i=1、2、3），在某一時(shí)刻，用戶設(shè)備采用無線電測(cè)距原理測(cè)出用戶設(shè)備到3個(gè)無限電發(fā)射臺(tái)的距離為Ri（其中i=1、2、3），則用戶設(shè)備的空間位置（xp、yp、zp）就可以用3個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以測(cè)出的距離為半徑，采用距離交會(huì)原理計(jì)算得出。其數(shù)學(xué)計(jì)算模型表現(xiàn)如下。

而對(duì)于2個(gè)無限電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，可以根據(jù)用戶設(shè)備的大概位置采用距離交會(huì)原理測(cè)出用戶設(shè)備的平面位置。GPS全球定位系統(tǒng)的基本原理就是將無線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)轉(zhuǎn)變成太空中的衛(wèi)星，從而組成一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其采用無限電測(cè)距交會(huì)定點(diǎn)原理就可根據(jù)地面上3個(gè)或以上用戶設(shè)備測(cè)量出衛(wèi)星的空間位置，而利用3個(gè)或3個(gè)以上衛(wèi)星的已知空間位置，就可以測(cè)量出用戶設(shè)備的空間位置。GPS全球定位系統(tǒng)采用的無限電測(cè)距交會(huì)定點(diǎn)原理同樣適用于航空導(dǎo)航攝影、地形測(cè)量及輪船導(dǎo)航定位等領(lǐng)域。

2 GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

GPS全球定位系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的測(cè)量儀器具有以下優(yōu)勢(shì)：

2.1 測(cè)量站間距離無需通視

在我國路網(wǎng)建設(shè)中，測(cè)量站間的距離需要通視一直是公路工程測(cè)量中的技術(shù)難點(diǎn)，而GPS全球定位系統(tǒng)采用的無線電測(cè)交會(huì)定點(diǎn)原理很靈活的避免測(cè)量站間距離需要通視，然而在GPS全球定位系統(tǒng)測(cè)量過程中要注意測(cè)量站需要空曠，能有效的接收到GPS信號(hào)。

2.2 測(cè)量精確度高

在公路工程測(cè)量中，雙頻GPS-RTK設(shè)備靜態(tài)基線解算精度為：平面3mm+1ppm；高程5mm+2ppm。GPS全球定位系統(tǒng)會(huì)隨著測(cè)量距離的長度加長，測(cè)量距離的精確度更高，據(jù)相關(guān)資料顯示，在測(cè)量基線小于50公里的情況下，其固定誤差小于10mm，在測(cè)量基線為100至500公里的情況下，其固定誤差小于8mm。

2.3 測(cè)量時(shí)間短

與傳統(tǒng)測(cè)量儀器測(cè)量相比，采用GPS全球定位系統(tǒng)布設(shè)控制網(wǎng)測(cè)量距離的時(shí)間通常在30-40min內(nèi)，而采用GPS全球定位系統(tǒng)快速靜態(tài)定位法測(cè)量的時(shí)間更短。

2.4 顯示三維坐標(biāo)

GPS全球定位系統(tǒng)可以在測(cè)量出觀測(cè)站平面位置基礎(chǔ)上，精確的測(cè)量出觀測(cè)站距離地面的實(shí)際高程，顯示出準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)。

2.5 簡(jiǎn)單的操作技能

GPS全球定位系統(tǒng)是自動(dòng)化測(cè)量，而現(xiàn)當(dāng)代很多的用戶接收設(shè)備趨于小型化及簡(jiǎn)單化，測(cè)量人員只需將點(diǎn)位對(duì)中，測(cè)量好天線的高度標(biāo)準(zhǔn)，然后打開電源即可自動(dòng)化測(cè)量。GPS全球定位系統(tǒng)采用數(shù)字化軟件系統(tǒng)對(duì)測(cè)量出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而精確的測(cè)量出測(cè)量點(diǎn)的三維空間位置。

2.6 全天候測(cè)量

GPS全球定位系統(tǒng)可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間以及任何環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)受到地域、時(shí)間及環(huán)境的影響，可以進(jìn)行全天候的測(cè)量。

3 GPS在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用

公路工程建設(shè)特點(diǎn)通常是蜿蜒、細(xì)長型建筑，公路工程的建設(shè)通常為數(shù)百公里，甚至高達(dá)數(shù)千公里，因此，對(duì)公路工程的建設(shè)測(cè)量點(diǎn)需要貫穿全線，并且要求測(cè)量點(diǎn)有效，且精確度高。GPS全球定位系統(tǒng)在公路工程測(cè)繪中的實(shí)際應(yīng)用表述如下。

3.1 GPS網(wǎng)的測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)是公路工程測(cè)量的基礎(chǔ)工作，其工作主要根據(jù)GPS網(wǎng)測(cè)量用途及測(cè)量人員對(duì)測(cè)量的要求而制定的，主要內(nèi)容包括GPS網(wǎng)測(cè)量精度指標(biāo)的確定和網(wǎng)圖的設(shè)計(jì)。GPS測(cè)量精度指標(biāo)的確定主要是根據(jù)測(cè)量的用途而確定，測(cè)量人員要根據(jù)實(shí)際需求和現(xiàn)實(shí)設(shè)備恰當(dāng)?shù)拇_定GPS網(wǎng)測(cè)量的精確等級(jí)。測(cè)量人員對(duì)GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)十分重要，要注意GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)的有效可靠性；GPS點(diǎn)要能和其它控制點(diǎn)通視以便聯(lián)測(cè)；要求至少有3個(gè)GPS點(diǎn)能與地面控制網(wǎng)點(diǎn)重合以便坐標(biāo)參數(shù)的轉(zhuǎn)換；GPS點(diǎn)要盡量與水準(zhǔn)點(diǎn)重合或與等級(jí)水準(zhǔn)線聯(lián)測(cè)以便需要高程測(cè)量；GPS點(diǎn)盡量選擇在視野開闊、交通便利的地點(diǎn)，避免高壓線、微波輻射等干擾。

3.2 選擇有效測(cè)量點(diǎn)，布置路網(wǎng)

對(duì)于有效測(cè)量點(diǎn)的選取，路網(wǎng)的布置，測(cè)量人員要結(jié)合測(cè)量相關(guān)實(shí)際資料，如地形圖、高程系統(tǒng)及坐標(biāo)等，并現(xiàn)在圖紙上設(shè)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)選點(diǎn)。在選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)，要盡量滿足施工測(cè)量要求，選擇測(cè)量點(diǎn)的視野要開闊，有利于GPS接收設(shè)備信號(hào)的接受和布置，并且測(cè)量點(diǎn)要避免強(qiáng)電輻射區(qū)，周圍無大面積發(fā)射面而引起的路徑效應(yīng)，測(cè)量點(diǎn)的布置要穩(wěn)定牢固。測(cè)量人員要對(duì)路橋、隧道等重點(diǎn)工程項(xiàng)目的兩端和不同測(cè)量單位設(shè)置的接口處等端頭區(qū)域做好測(cè)量點(diǎn)的布置，盡量測(cè)量點(diǎn)選擇在便于交通及具有兩個(gè)或以上的通視方向，有利于聯(lián)合其它測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量或擴(kuò)展測(cè)量。

3.3 外業(yè)觀測(cè)

對(duì)于公路工程建設(shè)的測(cè)量，要求測(cè)量數(shù)據(jù)精確度較高，因此，公路工程建設(shè)外業(yè)觀測(cè)的通常采用靜態(tài)觀測(cè)法。靜態(tài)觀測(cè)法的主要步驟為點(diǎn)位對(duì)中、安置天線、打開電源接收信號(hào)及保存測(cè)量數(shù)據(jù)這四個(gè)步驟。

3.4 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理分析

測(cè)量人員將外業(yè)觀測(cè)所測(cè)出的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)線輸入計(jì)算機(jī)中，并利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的基線相量、閉合差進(jìn)行校對(duì)，校對(duì)完成后進(jìn)行網(wǎng)平差及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以得到公路工程建造線路所需的最終精確的測(cè)量結(jié)果。

4 結(jié)語

GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的促進(jìn)地籍測(cè)量工作，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量及地形測(cè)量等各種領(lǐng)域行業(yè)。GPS全球定位系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的測(cè)量儀器具有測(cè)量站間距離無需通視、測(cè)量精確度高、測(cè)量時(shí)間短、顯示三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)單以及全天候測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，特別適用于地形復(fù)雜、測(cè)量困難的公路工程區(qū)域，并且數(shù)據(jù)結(jié)果全自動(dòng)化處理，極大的提高測(cè)量工作效率及成果質(zhì)量，在未來公路工程建造上具有很大的發(fā)展前景。

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