GPS技术在公路外业测量中的应用
时间：2013-10-08浏览： 次责任编辑：四川拓图测绘仪器
摘要：全球定位系统GPS是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，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。
关键词：GPS；RTK；公路测量
随着科学技术发展，GPS技术步入公路行业。我经过六年对GPS测量的使用情况作以下浅谈：
一、GPS测量简介
全球定位系统GPS是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，作为新一代的卫星导航和定位系统，不仅具有良好的抗干扰性和保密性，而且具有全球性、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。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面，对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。
全球定位系统是美国研制并投入使用的卫星导航与定位系统。在测量领域，GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、以及地形测量等各个方面，尤其是实时动态（RTK）定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力。
二、GPS技术在公路测量中的应用前景
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。
当前，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、RTK技术在公路测量中的应用
3.1实时动态（RTK）定位技术简介：是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS（RTK）技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。众所周知，无论静态定位，还是动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量。在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了GPS测量的工作效率。实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证。实时动态（RTK）定位有静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。
3.2应用。最新的RTK技术在公路测设中具备以下几个功能和作用：
①绘制大比例尺地形图。高等级公路选线多是在大比例尺（1：1000或1：2000）带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。
②道路中线放样。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。
③道路的横、纵断放样和土石方量计算。纵断放样时，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；横断放样时，先确定出横断面形式（填、挖、半填半挖），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。同时软件可以自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用。
3.3RTK技术的优点：
①实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果（包括高程）。
②彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率。
③作业效率高，每个放样点只需要停留1-2s，流动站小组作业，每小组（3-4人）可完成中线测量5-10km，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
④在中线放样的同时完成中桩抄平工作。
⑤应用范围广，可以涵盖公路测量（包括平、纵、横），施工放样，监理，竣工测量，养护测量，GIS前端数据采集诸多方面。
⑥如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
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