GPS在公路勘测设计中的应用

GPS在公路勘测设计中的应用
摘要：基于GPS卫星定位技术的原理、精度和特点，从公路勘测设计的工作内容与要求方面，论述GPS卫星定位技术在公路测设各阶段中的运用，GPS 测量模式的选择，以及GPS数据处理等。

探讨GPS 、实时动态定位(RTK)技术在公路中线测量中的应用，及结合路线CAD软件进行公路的设计应用，提高公路勘测设计速度、工作的效率和办公自动化程度。

关键词：GPS RTK 公路勘测数据处理
0．引言
GPS全球定位系统（Global Positioning System）是美国研制并在1994年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、航空摄影测量以及地形测量等各个方面；这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。

GPS在公路工程测量中的应用，近几年也得到了迅速推广，运用GPS 卫星定位技术使传统的公路勘测方法发生根本性的变化，尤其是实时动态(RTK)定位技术在公路测量中有巨大的技术潜力。

1．GPS简介
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，GPS的测量用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，GPS测地型接收设备（接收机）是实现测地定位的基本条件，接收机有单频与双频之分：双频机适宜于中、长基线(大于20km)测量，具有快速静态测量的功能，可升级为RTK功能；单频机适宜于小于20ｋｍ的短基线测量，对于一般工程测量具有良好的性能价格比。

RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、高精度等方面的特点，完全可以满足公路工程测量的要求。

2．GPS测量特点
目前公路勘测中虽已广泛采用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，勘测设计周期长。

利用GPS 测量能克服上述缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证公路勘测设计质量。

相对于常规的测量方法，GPS测量技术主要有以下特点：
2．1 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。

（要求测站上空不得有障碍，以免GPS接收卫星信号受干扰。

）
2．2 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。

实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

2．3 观测时间短，采用GPS布设控制网时，每个测站上的观测时间一般在30～40min左右；采用快速静态定位方法，在小于20km的短基线上，只需5min 观测时间即可求得测点坐标。

2．4 提供三维坐标，GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

2．5 操作简便，GPS测量的自动化程度很高。

目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取仪器高、打开电源、监视仪器的工作状态即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。

其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

2．6 全天候作业，GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

3．GPS在公路勘测中的应用
3．1 GPS在公路控制测量中的应用
公路勘测阶段首先进行控制测量，其主要任务是根据路线的基本走向布设控制点，进行平面控制测量和高程控制测量，作为测绘路线地形图、定线测设和施工放样的重要基础。

利用GPS卫星定位技术可以代替传统的导线法进行路线控制测量，具有布网灵活、外业观测速度快、全天候作业、定位精度高等优点,经内业处理可在统一坐标系下提供控制点的三维数据。

3．2 实时动态定位(RTK)技术在公路测量中的应用
RTK实时动态定位(Real Time Kinematic)测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术，是GPS测量技术发展中的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。

其原理是，在精度较高的首级控制点上安置1台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续观测，并将其观测数据通过发射台实时地发送给流动观测站。

在流动观测站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时通过接收电台接收基准站传送的数据，然后利用电子手簿根据相对定位的原理，实时地计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。

实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路路线勘测设计中应用于地形图测绘、公路中线测量、纵横断面测量等，并可将数据导入计算计用路线CAD软件进行设计计算和绘图。

3．2．1 应用RTK技术绘制大比例尺地形图
公路定线多是在大比例尺(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。

应用RTK实时动态定位测量技术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，在室内将点的组合数据导入的计算机，即可用绘图软件成图，大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。

3．2．2 应用RTK技术进行公路中线测量
应用RTK技术进行公路中线测量，可同时完成传统测量方法中的放线测量、中桩测量、中平测量等工作,基本作业方法是：在路线控制点上架设GPS接收机作为基准站，流动站测设路线点位并进行打桩作业。

根据所设计的路线参数，利用路线计算程序和GPS配套的电子手簿计算路线中桩的设计坐标。

在流动站的测设操作下，只要输入要测设的参考点号，然后按解算键，显示屏可及时显示当前杆位和到设计桩位的方向与距离，移动杆位，当屏幕显示杆位与设计点位重合时，在杆位处打桩写号即可。

这样逐桩进行，可快速在地面上测设中桩并测得中桩高程。

并且每个点的测设都是独立完成的，不会产生累计误差。

3．3 将数据导入计算计，利用路线CAD软件进行公路的设计计算和绘图。

必要时，也可用动态GPS到现场检测复合设计计算数据的准确度和精度。

4结束语
GPS技术应用于公路工程测量，精度高，不受作业环境和距离限制，且非常适合于地形复杂、局部重点工程地区等的公路测量，自动化程度高，极大地降低劳动作业强度，减少野工作量，大大提高工作效率及成果质量，给传统的公路勘测作业方式带来了巨大变化，使公路测设水平显著提高。

特别是GPS实时动态定位技术(RTK)应用于道路地形测绘、公路中线测量及施工放样测量等工作，可方便地进行数据的储存传输，实现与路线CAD的集成，在公路勘察设计单位和公路施工单位均有重要广阔的应用前景。

总之，在公路建设领域我们应加快研究应用GPS卫星定位技术，提高公路建设的科技含量，以促进公路建设的发展。

参考文献:
[1]徐绍铨等.GPS测量原理及应用.武汉测绘科技大学出版社.1998
[2]公路全球定位系统(GPS)测量规范(JTJ/Ｔ066 98).人民交通出版社.1998.
[3]高德慈文孔越.测量学.北京工业大学出版社.1996
[4]公路勘测规范(JTJ061 99).人民交通出版社.1999。