摘要：GPS全球定位系統(tǒng)作為新形式測量系統(tǒng)，已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。GPS全球定位系統(tǒng)（globalpositioningsystem）在公路工程測量中的應(yīng)用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)。
　　
　　關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng)；公路工程；橋梁工程；工程測量
　　
　　1GPS系統(tǒng)的簡要介紹
　　1．1含義及組成
　　GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測量用戶還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。
　　（1）空間衛(wèi)星群
　　GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60度，軌道和地球赤道的傾角為55度，衛(wèi)星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號。
　　（2）GPS的地面控制系統(tǒng)
　　GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。GPS地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。
　　（3）GPS的用戶部分
　　GPS用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進行導(dǎo)航定位等。
　　１．２GPS測量的技術(shù)特點
　　相對于常規(guī)的測量方法來講，GPS測量有以下特點：
　　（1）測站之間無需通視
　　測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。
　　（2）定位精度高
　　一般雙頻GPS接收機基線解精度為5ｍｍ＋1ｐｐｍ，而紅外儀標稱精度為5ｍｍ＋5ｐｐｍ，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12×，而在100-500公里的基線上可達～。
　　（3）觀測時間短
　　小于20公里的短基線上，快速相對定位一般只需5分鐘觀測時間即可
　　（4）提供三維坐標
　　GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。
　　（5）操作簡便
　　GPS測量的自動化程度很高。在觀測中測量員的主要任務(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)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。
　　（6）全天候作業(yè)
　　GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。
　　２GPS系統(tǒng)在公路工程測量中的應(yīng)用
　　公路路線一般處在一條帶狀走廊內(nèi)。其平面控制測量往往采用導(dǎo)線形式，這包括附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、結(jié)點導(dǎo)線等導(dǎo)線網(wǎng)形式。對于重要構(gòu)造物如大橋、特大橋、長大隧道等，也有布設(shè)成三角網(wǎng)、線形鎖等形式。
　　２．１常規(guī)測量方法的缺陷
　　（1）規(guī)范對附合導(dǎo)線長、閉合導(dǎo)線長及結(jié)點導(dǎo)線間長度等有嚴格規(guī)定，一般對于高等級公路均要求達到一級導(dǎo)線要求。這樣，導(dǎo)線附合或閉合長度最長不得超過10公里，結(jié)點導(dǎo)線結(jié)點間距不能超過附合導(dǎo)線長度的0.7倍。這種要求一般在實際作業(yè)中難以達到，往往出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)。
　　（2）搜集到的用于路線測量控制的起算點間一般很難保證為同一測量系統(tǒng)，往往國測、軍測、城市控制點混雜一起，這就存在系統(tǒng)間的兼容性問題，如果用不兼容的起算點，勢必影響測量質(zhì)量。
　　（3）國家大地點破壞嚴重，影響測量作業(yè)。由于國家基礎(chǔ)控制點，大多為五六十年代完成，經(jīng)過30多年，有些點由于經(jīng)濟建設(shè)的需要被破壞，有些點則由于人們?nèi)狈χ�識遭人為破壞。在這些地區(qū)進行路線測量作業(yè)，往往在50公里以上均找不到導(dǎo)線的聯(lián)測點。這樣路線控制測量的質(zhì)量得不到保證。
　　（4）地面通視困難往往影響常規(guī)測量的實施。一般路線的控制點要求布設(shè)在距路線的300米范圍內(nèi)。由于通視的原因，這一條件難以滿足，甚至在大范圍密林、密灌及青紗帳地區(qū)，根本無法實施常規(guī)控制測量。利用GPS測量能克服上述列舉的缺陷，并提高作業(yè)的效率，減輕勞動強度，保證了高等級公路測設(shè)質(zhì)量。
　　２．２GPS測量的實際應(yīng)用
　　現(xiàn)以一實際施工為例，該市公路工程全線長約60km，所處地形為重丘區(qū)，路線設(shè)計為6車道。該段有11個各種系統(tǒng)的平面控制點，找到了7個，其中有4個被破壞，破壞中有2個是國家Ⅱ等點。在已找出的7個控制點中，國家測繪局系統(tǒng)Ⅰ等點1個，Ⅲ等點1個；城市測量系統(tǒng)點2個；總參軍控點3個。這些平面控制點分屬不同測量系統(tǒng)，且等級不同。為提高該公路路段測設(shè)質(zhì)量，決定在國家測繪系統(tǒng)基礎(chǔ)進行控制點的加密。加密的控制點布設(shè)方案是：沿公路路線每10ｋｍ布設(shè)一對點，該對點相距約1ｋｍ，且應(yīng)通視良好。這樣，該段共設(shè)了6對GPS加密點，加密點的精度要達到四等控制網(wǎng)的要求。該四等網(wǎng)采用4臺Trimblese400單頻接收機作業(yè)。該機的標稱精度10ｍｍ＋2ppm。四等網(wǎng)的觀測時間為90min。數(shù)據(jù)采樣間隔為15ｓ。通過平差處理，該四等網(wǎng)最弱點位中誤差為4.11ｃｍ，平均點位中誤差3.18ｃｍ，最弱邊相對中誤差１／27669，平均邊長相對中誤差１／453578。整個四等網(wǎng)作業(yè)僅花4ｄ時間。其效率較常規(guī)測量手段至少提高3倍。經(jīng)過平差處理，網(wǎng)中最弱點點位中誤差為4.13ｃｍ，最弱邊相對中誤差為1／12.5萬。控制網(wǎng)的各項指標達到甚至超過國家四等網(wǎng)的技術(shù)要求。近600ｋｍ的GPS控制網(wǎng)，僅用兩個外業(yè)組，10個作業(yè)員，7臺GPS接收機，約20ｄ的作業(yè)時間。若采用常規(guī)測量方法在相同人手的情況下，至少需要三個月的時間才能完成。
　　３ＧＰＳ在公路工程的控制測量上的發(fā)展前景
　　公路工程的測量主要應(yīng)用了GPS的兩大功能：靜態(tài)功能和動態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過接收到的衛(wèi)星信息，確定地面某點的三維坐標；動態(tài)功能是通過衛(wèi)星系統(tǒng)，把已知的三維坐標點位，實地放樣地面上。通過以上對GPS測量的應(yīng)用事例的探討，可以看出GPS在公路工程的控制測量上具有很大的發(fā)展前景。
　　(1)GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等。
　　(2)GPS測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。整個作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)控制，自動記錄、自動數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動平差計算。
　　(3)GPSRTK技術(shù)將徹底改變公路測量模式。RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時放樣、中樁測量、點位測量等。
　　(4)GPS測量可以極大地降低勞動作業(yè)強度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測量作業(yè)效率為常規(guī)測量方法的3倍以上。
　　(5)GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當前高等級公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實施常規(guī)的幾何水準測量有困難，GPS高程測量無疑是一種有效的手段。
　　
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