基于路桥工程测量中GPS的技术应用

基于路桥工程测量中GPS的技术应用

摘要：勘测是设计的基础，目前我国线路勘侧的水平并不高，集成化、系统化的程度很低，与世界先进水平相比还有一定的差距，不能适应公路建设对勘测设计的要求。而线路工程设计的瓶颈是数据采集。现在地面等原始数据的采集已开始采用GPS、航测、全站仪等多种现代化的高效的数据采集手段。本文结合数年来的数据处理经验，探讨了工程测量应用中各误差源的特性及改善数据处理精度的经验、方法。

关键词：GPS；路桥工作；工程测量

Abstract: the survey is fundament al, at present, China’s survey of the level of the side line is not high, integrated, systematic level is low, and the world advanced level, there is still a gap compared, can not adapt to the highway construction of survey and design requirements. And the engineering design of the line bottleneck is data collection. Now, the ground of original data collection are beginning to use GPS, aerial, tachometer and so on many kinds of modern and efficient data acquisition method. Combined with years of experience in dealing with data, this paper discusses the application of engineering surveying every error source characteristics and improve the accuracy of the data processing experience and methods.

Keywords: GPS; Luqiao work; Engineering measurement

一、路桥工程测量中GPS测量模式

由于测量地段的实地要求与用户的个人需求的不同，所采用测量方式也是不同的。具体的讲，GPS测量模式可以分为两种：静态测量和动态测量，在静态测量模式中又按照监测方式可分为两种：常规静态测量模式和快速静态测量模式，在动态测量模式又按照监测方式也可分为两种：准动态测量模式和实时动态测量模式，其中的实时动态测量模式包括两种方式：DGPS和RTK。

1GPS中的静态测量模式

(1)常规静态测量模式

所谓的常规静态测量模式中，所需要在一条或数条基线的两端分别安置有GPS接收机，以为（应能）同时观测4颗以上卫星，并且根据基线长度和测量等级，在每个时段观测45分钟以上。其相对定位精度一般可以达到5mm十1ppm。目前这种测量模式常用于建立地壳运动监测网，建立全球性或国家级大地控制网，进行岛屿与大陆联测，建立长距离检校基线，钻井定位及精密工程控制网建立等。

(2)快速静态测量模式

所谓的快速静态测量模式中，只需采用单台GPS接收机，安置已知测站作为基准站，对于所有可见卫星进行连续跟踪。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。目前来说，这种测量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。

2GPS中的动态测量模式

(1)准动态测量模式

所谓的准动态测量模式，安置GPS接收机的方式和快速静态测量模式中一样，也是为了连续跟踪所有可见卫星。但是与快速静态测量模式不同的是，观测时间每测站观测几个历元数据，它要求移动站在测站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化。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。

(2)实时动态测量模式

所谓的实时动态测量模式，顾名思义就是指实时得到高精度的测量结果。其具体操作如下：将GPS基准站接收机和数据链架设在已知测站上，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链发送数据向移动站。而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。

二、路桥工程测量中GPS的静态测量与处理

GPS控制测量一般采用静态方式进行，其数据处理一般分为两步：基线解算和网平差。下面结合这两方面以及高程拟合的相关问题，讨论其影响因素。

1基线解算

GPS3：程测量或控制测量中，基线解算一般采用载波相位双差固定解，其质量的优劣直接影响到基线网平差的结果。工程测量中，GPS静态测量数据处理时，基线解算的质量检核一般是在载波相位整周模糊度固定的条件下，考虑观测量残差分布的同时，由同步环、异步环的闭合差、重复基线的较差来检核。为了进一步检核GPS观测网中基线之间的相容性，还需要进行同步环、异步环、重复基线的检核。通常是按照行业标准或国标，对其在WGS-84直角坐标系下的三维分量的闭合差设定范围，并以此来检核。这种检核的过程往往需要与上述的基线解算过程多次交叉进行。以得到自洽性较好的GPS基线网。

对于GPS工程测量中基线网自洽性检核，平面闭合差，高程闭合差分别采

用不同的标准是比较符合实际的；这有利于控制GPS测量误差对平面控制测量的影响，避免GPSN的WGS-84坐标系空间分量检核合格，而平面闭合差超限引起的不合理现象，也有利于将传统的平面控制测量或导线测量与GPS测量更好的衔接起来。同时，也有利于GPS高程拟合中高程闭合差的控制，从而提高高程拟合的精度。

2GPS网平差

GPS网平差分为WGS-84坐标系下三维(无约束和约束)平差和工程测量坐标系下的平面约束平差。平差过程表明，GPS独立基线向量中粗差的剔除、基线转换投影到工程测量坐标系的二维向量这两步对于最后的二维平面平差的结果至为重要。

3高程拟合

静态GPS网的高程拟合一直以来是很多工程测量部门比较关心的问题，讨论的比较多的常常是数学拟合或引入局部水准面的改正方法，如数值拟合法、整体平差法、综合处理法、移动曲面法、线性拟合法、平面拟合法、斜面拟合法、引入EGM96重力场模型的高程拟合等。

高程拟合的过程一般为：在WGS-84坐标系下进行了最小约束或约束平差后，利用得到的WGS-84大地高、某些公共点上的正常高及其平面位置，进行数学拟合并内插出未知点上的正常高，必要时还需要进行相应的地形改正，以提高数学拟合的精度，削弱大地水准面不均匀性对拟合的影响。

三、路桥工程测量中GPS的动态测量与处理

RTK(Real Time Kinematic)是GPS实时动态测量方式的简称，也是工程测量中GPS测量技术发展的一个新突破，在这种的监测模式中，其观测值与测站坐标信息通过基准站数据链将一起被传送给流动站；流动站不仅可以通过数据链接收来自基准站的数据，还同时采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，经过坐标转换后直接输出观测点的坐标。在使用RTK测量模式中精度损失有：

1转换参数引起的精度损失

在进行RTK测量时，首先需要输入控制点的WGS-84坐标和地方坐标系坐标，以此来求解转换参数，依据此得到转换后的地方坐标系下的坐标。这其间待测点坐标的精度存在着坐标转换的损失，经验表明，这种损失一般在1cm左右，但与控制点的精度和分布有关。因此需要合理的选择WGS-84坐标的获取方式，而且，对于某一小测区范围而言，输入的控制点点位所组成的图形尽量能够涵盖该测区，对于较大范围的测区，建议进行转换参数的分区求解，而且区与区之间应当有适当的重合点。