1 GPS測(cè)量簡(jiǎn)介

全球定位系統(tǒng)（GPS）是美國(guó)國(guó)防部主要為滿足軍事部門對(duì)海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的。該系統(tǒng)從本世紀(jì)70年代初開始設(shè)計(jì)、研制。GPS具有全天候提供高精度的連續(xù)實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航、定位能力。自1980年第一臺(tái)商用GPS接收機(jī)問世以來，隨著GPS工作衛(wèi)星的不斷入軌和GPS接收機(jī)性能的不斷提高和改進(jìn)，GPS測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)部門。

實(shí)時(shí)GPS系統(tǒng)由以下3部分組成。

（1）GPS信號(hào)接收系統(tǒng)。從理論上講，雙頻接收機(jī)與單頻接收機(jī)均可用于實(shí)時(shí)GPS測(cè)量。但是，單頻機(jī)進(jìn)行整周未知數(shù)的初始化需要較長(zhǎng)的時(shí)間，此乃實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量所不允許的；加之單頻機(jī)在實(shí)際作業(yè)時(shí)容易夫鎖，夫鎖后的重新初始化要占去許多時(shí)間，因此，實(shí)際做作業(yè)中一般應(yīng)采用雙頻機(jī)。

（2）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。為把基準(zhǔn)站的信息及觀測(cè)數(shù)據(jù)一起實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅鲃?dòng)站，并與流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，必須配置高質(zhì)量的無線通訊設(shè)備（包括無線信號(hào)調(diào)制解調(diào)器）。由于數(shù)據(jù)信息量大，必須采用較高的傳輸速度，波特率通常要在9600以上。利用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)，流動(dòng)站可以隨時(shí)調(diào)閱基準(zhǔn)站的工作狀態(tài)和設(shè)站信息。這對(duì)于保證成果質(zhì)量的排除

觀測(cè)中出現(xiàn)的問題十分有利。

（3）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。基準(zhǔn)站將自身信息與觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)鏈傳輸至流動(dòng)站，流動(dòng)站將從基準(zhǔn)站接收到的信息與自身采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)組成差分觀測(cè)值。在整周未知數(shù)解算出臺(tái)后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理。只要保持鎖定四顆以上的衛(wèi)星，并具有足夠的幾何圖形強(qiáng)度，就能隨時(shí)給出厘米級(jí)的點(diǎn)位精度。因此，必須具備功能很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已發(fā)展成為多功能的完整系統(tǒng)，所以能成功地用于實(shí)際作業(yè)中。

由于公路建設(shè)無論是在測(cè)量原則，還是在測(cè)量精度和作業(yè)方法等方面有自己的特點(diǎn)。公路路線一般處在一條帶狀走廊內(nèi)。其平面控制測(cè)量往往采用導(dǎo)線形式，這包括附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線等導(dǎo)線網(wǎng)形式。目前GPS測(cè)量技術(shù)在公路測(cè)設(shè)中主要用于建立公路工程測(cè)量控制網(wǎng)及動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量。下面結(jié)合GPS使用情況對(duì)公路GPS控制測(cè)量作一簡(jiǎn)要介紹。

2 GPS測(cè)量的特點(diǎn)

相對(duì)于經(jīng)典測(cè)量學(xué)來說，GPS測(cè)量主要有以下特點(diǎn)：

（1）測(cè)站之間無需通視。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題，GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便，但測(cè)站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。

（2）定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。

（3）觀測(cè)時(shí)間短。采用GPS布設(shè)一般等級(jí)的控制網(wǎng)時(shí)，在每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在1-2小時(shí)左右，采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測(cè)時(shí)間更短。

（4）提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。

（5）操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。

（6）全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。 function ImgZoom（Id）//重新設(shè)置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $（Id）.width; var m = 650; if（w

3 GPS在公路測(cè)量中的應(yīng)用

3.1靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用

靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)主要用于建立公路首級(jí)控制網(wǎng)，之后再利用其它測(cè)量方法進(jìn)行加密的附合導(dǎo)線測(cè)量?？刂凭W(wǎng)的建立過程如下：

第一步：路線、GPS點(diǎn)選址的初步勘察

接到外業(yè)測(cè)量任務(wù)后，組織人員對(duì)路線的走向進(jìn)行初步勘察，查看沿線可選作GPS點(diǎn)的位置情況。調(diào)察路線附近高等級(jí)GPS點(diǎn)以便進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

第二步：GPS點(diǎn)控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)

GPS控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、沿線地形地物、作業(yè)時(shí)衛(wèi)星狀況、精度要求等因素進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。因?yàn)镚PS控制網(wǎng)作為公路首級(jí)控制網(wǎng)時(shí)，需采用其他測(cè)量方法進(jìn)行加密。故沿路線兩側(cè)每隔5-10km布設(shè)一對(duì)相互通視的GPS點(diǎn)。理論上GPS點(diǎn)觀測(cè)時(shí)只須在3個(gè)GPS點(diǎn)上架設(shè)GPS儀同時(shí)觀測(cè)即可確定這3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)?？紤]到公路測(cè)量本身的特點(diǎn)采用4臺(tái)GPS儀同時(shí)觀測(cè)4個(gè)GPS點(diǎn)，這樣可大大加快全線的測(cè)量速度。

第三步：GPS選點(diǎn)、埋石

選點(diǎn)應(yīng)按技術(shù)設(shè)計(jì)要求有利于采用其他測(cè)量方法擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)。

第四步：架設(shè)GPS儀觀測(cè)

4個(gè)GPS點(diǎn)觀測(cè)的共同時(shí)間、有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)等應(yīng)滿足規(guī)范要求。我們?cè)谕鈽I(yè)的觀測(cè)中規(guī)定觀測(cè)時(shí)間不得少于0。5h，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不少于4個(gè)。

第五步：GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理

外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后將GPS中的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)中，采用南方公司的軟件（包括采集器與計(jì)算機(jī)通訊軟件、基線向量處理軟件、網(wǎng)平差及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件），及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量分析。過程可分為基線解算與檢核、GPS控制網(wǎng)平差計(jì)算兩個(gè)步驟。

第六步：GPS控制網(wǎng)進(jìn)行加密。

利用全站儀測(cè)量附合導(dǎo)線的方法進(jìn)行首級(jí)GPS控制網(wǎng)的加密作業(yè)。將路線按GPS的分布分成若干段，每一段單獨(dú)進(jìn)行附合導(dǎo)線的測(cè)量，保證每一段附合導(dǎo)線起始于GPS點(diǎn)，終止于GPS點(diǎn)。

第七步：導(dǎo)線點(diǎn)座標(biāo)及平差計(jì)算

將每段附合導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行角度、距離平差得到最后結(jié)果。

3.2RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS（RTDGPS）技術(shù)，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。GPS靜態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位等定位模式，由于數(shù)據(jù)處理滯后，所以無法實(shí)時(shí)解算出定位結(jié)果，同時(shí)無法及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，這就難以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在實(shí)際工作中經(jīng)常需要返工來重測(cè)由于粗差造成的不合格觀測(cè)成果。

解決這一問題可通過延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間來保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，但這樣一來則降低了GPS測(cè)量的工作效率。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。

這樣我們使用者就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測(cè)時(shí)間，從而減少沉余觀測(cè)，提高工作效率。

動(dòng)態(tài)定位在公路中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS前端數(shù)據(jù)采集。測(cè)量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。

動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等工作。整個(gè)測(cè)量過程在不需通視的條件下，測(cè)量1～3s，精度就可以達(dá)到10～30mm，有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器（如全站儀）不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

RTK技術(shù)具有很大的優(yōu)點(diǎn)：

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測(cè)量成果（包括高程）；

徹底擺脫了由于粗差造成的返工，從而提高了GPS作業(yè)效率；

作業(yè)效率高，每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1～2s，流動(dòng)站小組作業(yè)（1～3人）可完成中線測(cè)量5～10km。

若用其進(jìn)行地形測(cè)量，每小組每天完成0。8～1。5（km）3的地形測(cè)繪，其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無法比擬的；

在中線放樣的同時(shí)完成中樁抄平工作；

應(yīng)用范圍廣—可以函蓋公路測(cè)量（包括平、縱、橫），施工放樣，監(jiān)理，竣工測(cè)量，GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面；如輔助相應(yīng)的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于我們工程單位來講，GPS靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)技術(shù)相結(jié)合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制測(cè)量。生產(chǎn)過程中采用常規(guī)方法和GPS技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)流程可以極大的提高生產(chǎn)效率。隨著GPS技術(shù)特點(diǎn)是RTK技術(shù)的發(fā)展，其初始化時(shí)間越來越斷，跟蹤能力也越來越強(qiáng)，精度越來越高，可靠性越來越強(qiáng)，有著良好的性價(jià)比。 function ImgZoom（Id）//重新設(shè)置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $（Id）.width; var m = 650; if（w

3.3公路控制網(wǎng)的建立

按GPS勘測(cè)規(guī)程要求，每0。5～1km間設(shè)一控制點(diǎn)，其等級(jí)依公路等級(jí)而定?，F(xiàn)以高速公路和500～100m特大橋及1000～2000m中長(zhǎng)隧道為說明GPS網(wǎng)的建立方法。

根據(jù)規(guī)范，高速公路要求的控制等級(jí)為一級(jí)小三角或一級(jí)導(dǎo)線。因此，做等級(jí)控制時(shí)必須使首級(jí)控制點(diǎn)交子這一等級(jí)，而首級(jí)控制必須做到四等以上。為此，在搜集資料時(shí)必須把測(cè)區(qū)內(nèi)的國(guó)家三、四等控制點(diǎn)資料搜集齊全。同時(shí)，在布設(shè)首級(jí)控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)在5～10km內(nèi)布設(shè)一首級(jí)控制點(diǎn)，以便發(fā)展加密控制。

在確立布網(wǎng)等級(jí)和方案后，可按以下步驟建立公路控制網(wǎng)。

（1）選點(diǎn)。以選線及控制人員為主，選擇便于工作及以后應(yīng)用的點(diǎn)位。

（2）埋石。按勘測(cè)規(guī)范要求，埋選標(biāo)石，并現(xiàn)場(chǎng)做好點(diǎn)記。

（3）實(shí)測(cè)。根據(jù)所使用的儀器標(biāo)稱精度和規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行實(shí)測(cè)。

（4）進(jìn)行平差及精度評(píng)定。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算，并進(jìn)行精度評(píng)級(jí)。精度滿足所需等級(jí)要求即告完成。

這樣，就可建立起高速公路GPS控制網(wǎng)。

3.4GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用

建立公路GPS控制網(wǎng)后，共主要用途可體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）公路航測(cè)成圖時(shí)要有相應(yīng)的控制依據(jù)，可用GPS控制網(wǎng)控制航向和區(qū)域?qū)挾?。?）在用其他方法測(cè)圖時(shí)，GPS控制網(wǎng)可選用首級(jí)控制和圖根控制來應(yīng)用。（3）在公路勘測(cè)階段，可以GPS控制網(wǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行放線及構(gòu)造物的施放，可大大提高測(cè)設(shè)精度及原始數(shù)據(jù)的提取精度。（4）在施工階段，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以GPS控制網(wǎng)進(jìn)行實(shí)地放線及構(gòu)造物的放樣。（5）在改造公路時(shí)，利用GPS控制網(wǎng)可以對(duì)公路進(jìn)行有效的改造。

3.5公路中線測(cè)量

設(shè)計(jì)人員在大比例帶狀地形圖上定線后，需將公路中線在地面上標(biāo)定出來。采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量，只需將中線樁點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS接收機(jī)中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位；由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。

3.6公路縱、橫斷面測(cè)量

公路中線確定后，利用中線樁的點(diǎn)坐標(biāo)，通過繪圖軟件，可繪出沿線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面，所用數(shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集來的，不需再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量，大大減少了外業(yè)工作。

3.7施工測(cè)量

實(shí)時(shí)GPS系統(tǒng)既有良好的硬件，也有極為豐富的軟件可供選擇，施工中點(diǎn)、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷。精度可達(dá)厘米級(jí)。

4小結(jié)

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是從GPS測(cè)量中，得出如下體會(huì)：

（1）GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受距離限制，非常適合國(guó)家大地點(diǎn)破壞嚴(yán)重區(qū)、地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。

（2）GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過程由徽電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。

（3）RTK技術(shù)將徹底改變公路測(cè)量模式。RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧道勘察。它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等。

（4）GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。

（5）GPS高精度測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難，GPS高程測(cè)量無凝是一種有效的手段。

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