摘要： GPS測(cè)量技術(shù)是一種新型的技術(shù)。它具有測(cè)量精度高，觀測(cè)時(shí)間短，數(shù)據(jù)處理快，成本低等優(yōu)點(diǎn)。以鐵路、公路、渠道為代表的線形工程，因?yàn)槠渚€路長(zhǎng)、曲線多等特點(diǎn)，在傳統(tǒng)全站儀測(cè)量技術(shù)條件下，不能夠迅速高效的進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)、地形數(shù)據(jù)采集、施工放線等測(cè)量工作，而同等精度條件下，利用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行這些工作就變得簡(jiǎn)單快捷。本文著重描述了在線形工程測(cè)量應(yīng)用中利用GPS進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)、地形數(shù)據(jù)采集和施工放線的作業(yè)。

關(guān)鍵詞：GPS 線形工程 應(yīng)用

1.GPS概述

GPS是英文Global Positioning System的縮寫。翻譯為全球定位系統(tǒng)。GPS具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。GPS測(cè)量就是用戶利用GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得某一點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

2.GPS線路控制網(wǎng)的布設(shè)

2.1 GPS線路控制網(wǎng)的布設(shè)特點(diǎn)

GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)形式靈活，相鄰點(diǎn)不必要求全部通視，只要有一對(duì)相鄰點(diǎn)通視即可。

2.2 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)形式

線路控制網(wǎng)呈狹長(zhǎng)狀布設(shè)，每個(gè)閉合環(huán)至少含一條數(shù)千米的長(zhǎng)邊，與相鄰互相通視的短邊點(diǎn)相連，形成混合網(wǎng)。其網(wǎng)圖宜采用分級(jí)布網(wǎng)， 同等級(jí)統(tǒng)一布設(shè)，這樣可以保證同級(jí)網(wǎng)點(diǎn)精度均勻，為次級(jí)加密提供高精度的控制點(diǎn)，可靠性強(qiáng)。

2.3 GPS線路控制網(wǎng)布置注意事項(xiàng)

（1）GPS網(wǎng)宜采用圖形勻稱的網(wǎng)型，例如等腰三角形、正多邊形等，這樣可以增加檢核條件，提高控制網(wǎng)的可靠性。

（2）點(diǎn)位一般選擇基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定、便于安置儀器操作、便于布設(shè)通視方向，并能用常規(guī)方法擴(kuò)展與聯(lián)測(cè)的地區(qū)。

（3）GPS網(wǎng)點(diǎn)盡量與附近原有的高等級(jí)地面控制網(wǎng)點(diǎn)相重合。重合點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3個(gè)，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.RTK技術(shù)

3.1 RTK技術(shù)的概述

RTK技術(shù)是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)的高精度。 通過RTK技術(shù)能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它的出現(xiàn)極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

3.2 RTK技術(shù)的原理

RTK基本工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于載體（稱之為流動(dòng)站，可以是人、車、船等）上，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS差分改正值，然后將這個(gè)改正值及時(shí)地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)傳遞給共視衛(wèi)星的流動(dòng)站，以精化其GPS觀測(cè)值，得到經(jīng)差分改正后流動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。

3.3 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

3.3.1 RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高

RTK可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

3.3.2降低了作業(yè)條件要求

RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”和對(duì)天基本通視，因此，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量看來無法測(cè)量的地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。

3.3.3定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累

全站儀在搬站時(shí)會(huì)存在誤差累積的狀況，搬的越多，累積越大，而RTK則沒有，只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。

3.3.4作業(yè)效率高

在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測(cè)完10km半徑左右的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，提高了測(cè)量效率。

3.4 RTK技術(shù)注意事項(xiàng)

由于較容易受到天氣、衛(wèi)星、數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)惹闆r的影響，因此RTK測(cè)量的穩(wěn)定性不及全站儀，因此在作業(yè)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)是控制點(diǎn)或已知坐標(biāo)點(diǎn)，以檢核本次RTK測(cè)量的測(cè)量結(jié)果是否正確。

（2）一般中午時(shí)分不易進(jìn)行測(cè)量，或者測(cè)量效率很低，所以要早出工、晚收工，利用良好時(shí)段進(jìn)行RTK測(cè)量，這樣可以提高效率，也能提高精度。

4.線元文件

4.1線元文件概述

每一條線路都是由直線、圓曲線和緩和曲線組成的，因此把直線段、圓曲線和緩和曲線稱為組成平面線形的單元，也就是“線元”，它是構(gòu)成線路平面線形的基本元素。一條復(fù)雜多變的平面線形總是由若干個(gè)線元首尾相連組成。

4.2線元文件的編輯

在GPS里面可以輸入并調(diào)用的線路信息一般包括三個(gè)方面的數(shù)據(jù)信息：平面信息 縱斷面信息和 橫斷面信息，可以根據(jù)GPS手簿上對(duì)應(yīng)的三個(gè)編輯器處理相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以在電腦上內(nèi)業(yè)處理編輯好相關(guān)文件，在手簿軟件中調(diào)用。在輸入工程某一條線路的相關(guān)信息之后，根據(jù)里程和偏距計(jì)算出道路上點(diǎn)的設(shè)計(jì)三維坐標(biāo)，繼而進(jìn)行線路的放樣工作。

常用的平面定線方法是線元法，它是將一條線路化整為零，分解成若干個(gè)小的線元。在一般工作過程中，只需要輸入起點(diǎn)坐標(biāo)、里程和曲線元素，手簿軟件就可以自動(dòng)生成平面線元文件。并在手簿顯示屏上顯示出來。

縱斷面是對(duì)線路縱向走勢(shì)的一種表達(dá)形式，在一般工作過程中，添加變坡點(diǎn)數(shù)據(jù)包括： 變坡點(diǎn)里程、變坡點(diǎn)高程、前一線段坡比、后一線段坡比、縱曲線半徑等，需要按照里程順序依次添加完線路所有邊坡點(diǎn)的要素。

橫斷面是對(duì)線路橫向斷面形式描述，在一般工作過程中，需要添加的數(shù)據(jù)包括距離、坡比。距離即離前一變坡點(diǎn)的水平距離，坡比即當(dāng)前點(diǎn)與前一變坡點(diǎn)的高差和水平距離的比值。

4.3地形數(shù)據(jù)采集

連接GPS接收機(jī)并加載線元文件，然后進(jìn)行斷面的數(shù)據(jù)采集。在記錄數(shù)據(jù)的時(shí)候，點(diǎn)選實(shí)時(shí)選項(xiàng)，就可以將當(dāng)前記錄點(diǎn)的大地坐標(biāo)以及施工坐標(biāo)全部記錄在手簿當(dāng)中，這樣可以方便內(nèi)業(yè)按樁號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由此整理出來的斷面也更加貼近實(shí)際。

4.4施工放線

眾所周知，施工坐標(biāo)系以其簡(jiǎn)單明了，對(duì)建筑物位置、偏距等給人以明確指示的優(yōu)點(diǎn)，在施工放樣的過程中被廣泛應(yīng)用。但是由于線形工程線路包含有圓曲線、緩和曲線等曲線元素，傳統(tǒng)全站儀放線需要根據(jù)曲線元素在不同直線段編制不同的施工坐標(biāo)系，而曲線段更是需要利用編程計(jì)算器等工具進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換才能進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，而且若是公式選用不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)較大的計(jì)算誤差，非常麻煩。

而利用GPS手簿軟件中的線元文件編輯器，根據(jù)線路曲線元素通過對(duì)線路的線元文件的編輯，可以將大地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線路的施工坐標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前位置的樁號(hào)、偏距和高程，并且不受曲線因素的約束。這樣就大大提高了施工放線的速度，提高了工作效率。

5.結(jié)束語

GPS技術(shù)應(yīng)用在線形測(cè)量中能夠充分發(fā)揮其周期短、精度高、工作人員少、經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行線形工程控制測(cè)量還是利用RTK技術(shù)進(jìn)行施工放樣和地形數(shù)據(jù)采集，都加快了測(cè)量的效率，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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