高速公路GPS控制测量研究

高速公路GPS控制测量研究

徐春

摘要：自1973年12月美国国防部批准研制GPS以来，GPS的发展应用被广泛的使用在军事、交通、远洋、地理等各个领域，目前GPS全球定位系统在测量中，由于它精度高，作业时间短、灵活、方便，对控制布网的网形要求低，而且不受气候和地形条件的影响限制，被越来越广泛地应用。常规测量等级点的方法，已逐渐被GPS所代替。GPS定位测量的高精度、高效率和低成本是以测前科学的技术设计和测后精确可靠的数据处理为基础的。GPS测量的技术设计是按照GPS测量规范要求，兼顾精度、可靠性、经济性等指标，在测量前制订严格、科学、切实可行的布网及观测方案。本文针对高速公路GPS测量进行了论述。

关键字：高速公路；GPS测量；技术；

1.GPS控制测量技术概述:

全球定位系统(GPS)是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统从本世纪70年代初开始设计、研制。80年代未，建立在FARA(整周未知数快速逼近技术)基础上的快速静态定位为短基线测量作业闯出了一条新路，大大提高了GPS测量的劳动生产率。一对GPS测量系统(双频)在10km以内的短边上，正常接收4～5颗卫星5min左右，即可获取5～10mm+1ppm的基线精度，与1～2h甚至更长时间静态定位的结果不相上下。近几年，特别是1993年Leica公司开发了AROF初始化这个实时GPS测量关键技术的商品化。各个GPS测量厂商看好定位技术，首先实现了动态环境下整周未知数这个大趋势，纷纷推出各自的GPS测量新产品。加强GPS的开发与利用对于设计经济的发展有着重要的意义。高速公路测量由于地形等原因测量较为复杂；总之，GPS测量理论与设备的不断发展，使得GPS测量技术日趋成熟，GPS测量功能更加完善，GPS测量应用面更广，并且GPS测量设备价格变得低廉，操作更加简便，使GPS测量更加实用化和自动化。初步测量是高速公路初步设计的重要工作，它是根据工程可行性研究在小比例尺地形图上选定的路线走向，进一步勘测落实初步选定的路线，进行平面导线、高程控制测量和实地测绘大比例尺的带状地形图，以便在该地形图上进行比较精密的纸上定线，确定互通立交、服务区、桥梁和涵

洞等构造物的设置方案。为初步设计和工程概算编制提供必要的资料，为将来路线的定线测量、征地放线以及工程施工提供必须的平面控制和高程控制资料。2.测量基本方法:

（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲）发出某一结构的测距码，经过△t时的传播到达GPS接收机。

（2）接收机在自己钟脉冲驱动下，产生一组结构完全相同的复制码。

（3）通过时延器使之延迟时间τ，对两码进相关比较。

（4）直至两码完全对齐，相关系数R（t）=max=1，则该时间延迟τ即为传播时间△t（τ=△t）。

（5）距离ρ=c·△t=c·τ。

3.GPS观测作业：

观测作业的主要任务，是捕获GPS卫星信号对其进行跟踪、接收和处理，已获取所需的定位和观测数据。其观测工作主要包括:安置天线、观测作业和观测记录等。在雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防止雷击。在观测时要注意各接收机的观测员应按观测计划规定的时间作业，确保同步观测同一组卫星。观测记录需记下测站点，天线高，接收机号，开机及关机时间。摆设GPS人员尽可能留在仪器旁边，不要让仪器离开视线范围之外，数分钟需至接收仪查看一次，注意数据有无持续接收、电池剩余电量等。

4.控制测量布网：

GPS测量平面与高程控制，测量首级平面控制采用D级GPS网，选用线形锁形式布设使用仪器为南方9600单频GPS接收机控制网布设时力求图形几何结构强，有良好的自检能力和约束力平面与高程控制均采用国家一等以上三角点作为起算点，联测点个数小少于3个；选点用于GPS测量观测站之间小一定要求相互通视，而且网的图形结构也比较灵话，所以选点上作比常规控制测量的选点简便但山于点位的选择对于保证观测上作的顺利进行并保证测量结果的可靠性有着重要的意义，所以在选点工作开始前，除收集和了解有关测量的地理情况和原有测量控制点分布及标架、标型、标石完好情况，决定其适宜的点位外，选点工作还应遵守以下原则；点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的较高点上；接收机锁定

卫星并开始记录数据后，观测员可按照仪器随机提供的操作手册进行输人和查询操作，在未掌握有关操作系统之前，小要随意按键和输人，一般在正常接收过程中禁比更改任何设置参数。GPS得到的高程是大地高，而实际采用的是正常高，需要将大地高转化为正常高。而测区的高程异常是未知数，且高程异常的变化较复杂，特别在山区精度较差。此外，新线定测要求约每隔4km常设置水准点，而有些地形环境不能满足GPS观测的条件，采用高程拟合的方法拟合的高程精度不能得到保证。完全用GPS替代等级水准难度大。因此等级水准仍采用水准仪作业模式。求取地方坐标转换参数合理选择控制网中已知的WGS84和国外当地坐标(或地方独立网格坐标)以及高程的公共点，求解转换参数，为RTK动态测量做好准备。

选择转换参数时要注意以下两个问题:1)要选测区四周及中心的控制点均匀分布；2)为提高转化精度，最好选3个以上的点，利用最小二乘法求转换参数。基准站选定基准站设置除满足GPS静态观测的条件外，还应设在地势较高，四周开阔的位置，便于电台的发射。可设在具有地方网格坐标和WGS84坐标的已知点上，也可在未知点上设站。1：6放样内业数据准备利用测量内外业一体化程序完成全部计算工作。将线路的起点坐标、方位角、加直线长度输入，程序根据里程计算出全线待放样点的坐标，其中直线上每50m一个点，地形变换处加一个点。按相应的数据格式将放样点坐标导出成DATA文件，通过软件将文件导入到外业掌上电脑供外业调用。

5．基站及高程系统：

基准站选定基准站设置除满足GPS静态观测的条件外，还应设在地势较高，四周开阔的位置，便于电台的发射。可设在具有地方网格坐标和WGS84坐标的已知点上，也可在未知点上设站。放样内业数据准备利用测量内外业一体化程序完成全部计算工作。将线路的起点坐标、方位角、加直线长度输入，程序根据里程计算出全线待放样点的坐标，其中直线上每50m一个点，地形变换处加一个点。按相应的数据格式将放样点坐标导出成DATA文件，通过软件将文件导入到外业掌上电脑供外业调用。

高程系统可采用1985年国家高程基准，在测区附近选择两个最近的国家二等或三等高程控制点，作为本测区控制的首级高程控制，附合水准路线采用四等水准测量。测量仪器可采用自动安平水准仪和红黑双面区格式水准尺。为保证最