ＧＰＳ测量在城市公路工程中的应用

　　摘要：在测量领域，GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。本文将以广州市的省公路路网项目为例，概略叙述GPS系统在公路工程控制测量中的应用。
　　关键词：GPS测量，公路工程，应用
　　引言
　　随着GPS测量技术的发展,测绘领域的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，以其全天候、自动化、高精度、高效益等显著特点赢得了广大测绘工作者的信赖，现已成功应用于工程测量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。
　　在公路工程建设过程中，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据；在施工阶段能够为桥梁、隧道建立施工控制网，但这仅仅是GPS在公路工程应用领域的初级阶段。
　　一、GPS测量模式
　　随着GPS技术的进步和接收机的迅速发展，GPS在测量定位领域已得到了较为广泛的应用。但是，针对不同的领域和用户的不同要求，需要采用的具体测量方法是不一样的。一般来说，GPS测量模式可分为静态测量和动态测量两种模式，而静态测量模式又分常规静态测量模式和快速静态测量模式，动态测量模式分准动态测量模式（后处理动态，走走停停）和实时动态测量模式，实时动态测量模式分DGPS和RTK方式。下面分别介绍如下：
　　1、常规静态测量
　　这种模式采用两台(或两台以上)GPS接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45分钟以上的时间。这种模式一般可以达到5mm十1ppm的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。
　　2、快速静态测量
　　这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
　　3、准动态测量
　　这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化（采用有OTF功能的软件处理时例外）。这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
　　另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式。这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星。流动接收机在初始化后开始连续运动，并按指定的时间间隔自动记录数据。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。
　　4、实时动态测量：DGPS和RTK
　　前面讲述的测量方法都是在采集完数据后用特定的后处理软件进行处理，然后才能得到精度较高的测量结果。而实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。这种模式具体方法是：在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。
　　DGPS通常叫做实时差分测量，精度为亚米级到米级，这种方式是基准站将基准站上测量得到的RTCM数据通过数据链传输到移动站，移动站接收到RTCM数据后，自动进行解算，得到经差分改正以后的坐标。
　　RTK则是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。它的工作思路与DGPS相似，只不过是基准站将观测数据发送到移动站（而不是发射RTCM数据），移动站接收机再采用更先进的在机处理方法进行处理，从而得到精度比DGPS高得多的实时测量结果。这种方法的精度一般为2厘米左右。
　　二、ＧＰＳ在城市公路工程中的应用
　　ＧＰＳ在公路路工程中的应用，目前主要是用于建立各种公路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用ＧＰＳ技术建立线路首级高精度控制网，如广东省目前在建的高速公路就是利用ＧＰＳ建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十千米范围内的点位误差只有２ｃｍ左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。ＧＰＳ技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。如在广州大桥的建设中，首先用常规方法建立了高精度边角网，然后利用ＧＰＳ对该网进行了检测，ＧＰＳ检测网达到了毫米级精度，与常规精度网相比其符合性较好。ＧＰＳ技术在隧道测量中具有广泛的应用前景，ＧＰＳ测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。
　　差分动态ＧＰＳ在道路勘测方面主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密、中线放样、纵断面测量以及无需外控点的机载ＧＰＳ航测等方面。ＧＰＳ测量包含有三维信息，可用于数字地面模型的数据采集、中线放样以及纵断面测量。在中线平面位置放样的同时，可获得纵断面，在中线放样中需实时把基准站的数据由数据链传到移动站，从而提供移动站的实时位置。由于ＧＰＳ仪器不像经纬仪那样可以指示方向，因此需与计算机辅助设计系统相结合，从而可在计算机屏幕上看到目前位置与设计坐标的差异。
　　ＧＰＳ在测量作业时有４种主要作业模式：静态相对定位；快速静态相对定位；准动态相对定位；动态相对定位。
　　在公路路线测量中主要运用动态相对定位中的实测动态测量，即ＲＴＫ。实时动态（ＲｅａｌＴｉｍｅＫｉｎｅｍａｔｉｃ，ＲＴＫ）测量技术。ＲＴＫ是以载波相位观测为根据的实时差分ＧＰＳ测量技术。它是ＧＰＳ测量技术中的一个新突破。现在实时动态测量中的动态测量方法的精度已达到２ｍｍ。
　　由于ＧＰＳ测量这一新技术的突破使ＧＰＳ在公路的测量和施工放线中有较大的应用前景。在公路路线测量中可用ＧＰＳ测设中桩及中桩高程和高精度的测量中桩横断面，解决了公路中桩横断面测量精度低的问题。
　　ＧＰＳ在山岭重丘区的桥梁测量应用也非常广泛。由于无需通视，且桥梁中心线的坐标可事先在计算机中算好，可一次完成桥梁中心线在地面的标定和地面高程的采集，提高了桥轴断面的测量精度。
　　三、小结
　　由于ＧＰＳ测量的是三维坐标，因此也相应地解决了公路中桩的高程测量，ＧＰＳ将在道路工程测量和施工放线中有广阔的应用前景。