广东省道路GPS GPS在道路工程中的应用分析

　　本文以GPS 在道路工程中的应用为研究对象，从作者的工作实际经验出发，首先简要介绍了GPS 技术与传统测量技术之间的差别，而后详细探讨了GPS 在道路工程测量中的应用及GPS 道路工程测量的发展方向，相信对相关行业的从业者有着重要的参考和借鉴意义。
　　全球卫星定位系统（Global Positioning System 简称GPS），是以人造地球卫星为观测对象的无线电导航系统，该系统能为用户提供精密的三维空间坐标、运动物体的三维速度和标准时间，具有全球性、连续性和全天候的功能。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。导航星座是由24 颗位于地球上空约两万公里轨道上卫星网所组成，它们分布在6 个不同的轨道面上，这6 个轨道面与赤道平面倾角为550。轨道相互间隔120°，相邻轨道面邻星相位差为40°，运行周期为11h8min，卫星网的这种布置格局保证了在地球上任何地点任何时刻至少能同时观测4 颗卫星，最多时可观测到11 颗卫星播发的导航信号，实现三维精确定位。卫星发射有三种信号，即精密的P 码（ 广泛应用于军事领域） 、非精密的捕获码C / A （ 用于民用方面） 和导航电文。地面台站由一个主控站、五个监控站组成。主控站根据各监控站观测到的数据计算出每颗卫星的轨道等数据，注人到各卫星存储器。用户定位设备即GPS 接收机，由天线、信号识别和处理装置、微机操作板、指示器、数据存贮器、精密振荡器、电源六大部分组成，其主要功能是接收卫星播发的信号并利用本身的伪随机噪声码取得观测量以及内含卫星位置和钟差改正信息的导航电文，然后计算出接收机的三维坐标和运动速度。
　　随着GPS 技术日趋成熟，GPS 产品的不断升级，GPS 测量已经更加实用化和自动化。在道路勘测设计中，运用GPS 技术已使传统的道路勘测方法发生了根本的变革，尤其是作为道路地理信息系统（ GIS） 中获取空间三维坐标数据的先进手段，对实现道路勘测设计的自动化和数字化具有重要意义。
　　
　　1.GPS在道路工程中的应用
　　1.1用于建立高精度的道路工程控制网
　　G P S 在道路初测阶段的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G P S 卫星定位技术可以代替传统的导线法进行路线控制测量，并具有布网灵活、外业观测速度快、全天候作业、定位精度高等优点，经内业处理要在统一坐标系下提供控制点的三维数据信息。
　　目前，国内已基本采用G P S 技术建立线路高精度首级控制网，如沪宁、宁杭高速公路的全线就是利用C P S 建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。广东省地质测绘院利用win200GPS 接收机的快速静态定位功能已建立了数百公里的高精度G P S 道路控制网，取得了良好的效果。
　　1.2GPS 用于道路施工放样
　　利用G P S R T K 技术进行实时动态测量，是G P S 测量技术发展中的一个新突破。期限基本原理是，在基准站上安置1 台G P S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确性站传送的数据，然后利用电子手簿根据相对定位的原理，实时地求解出厘米级的流动站的动态位置（ X 、Y 、Z） 。在道路勘测中，应用R T K 技术进行定线测量，可同时一次完成传统测量方法中的放线、中桩、中平等工作，大大提高作业效率。基本作业方法如下：
　　（1）在路线控制点上架设一台G P S 接收机作为基准确性站，流动站测设路线点上架设一台G P S 接收机作为基准，流动站测设路线点位燕打桩作业。
　　（2）根据所设计的路线参数（ 圆曲线半径、缓和曲线要素、交点坐标、起始方位角等） ，利用路线计算程序计算路线中桩的设计坐标（ 注： 也可将路线计算程序计算路线中桩的设计坐标集成于G P S 接收机所配套的电子手簿中，在现场输人桩号，随时计算坐标） 。
　　（3）将路线中桩的设计坐标从微机中传输到电子手簿。
　　（4）在流动站的测设操作下，只要输人要测设的参考点号，然后按解算键，显示屏可用时显示当前杆位于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，可快速在地面上敷设中桩并获取高程。
　　（5）在每个桩位按控制器的记录键，将每个桩位高程记录于电子手薄的存储器，实现无纸化记录。
　　
　　2. GPS将引导道路工程一体化测量
　　2.1道路工程一体化测量的构想
　　具有实时测量功能的C P S 系统，其精度、速度和可靠性得到了充分的保障。首先，扩大实时G P S 测量技术的应用领域，它承担道路勘测作业的绝大部分项目，除各级控制、施工放样之外，将包括数字化带状地形图测
　　2.2道路工程一体化测量的实施
　　利用4 - 5 台G P S 实时测量系统，在具体作业中分工如下： 将两台分别架设在施测沿线相距1 5 ～2 0 公里左右，有利于卫星信号接收和无线电信号发送的开阔高地上，作为参考站A 与B （ 不必考虑它们是否已知点），提前两三分钟开机，通过实时C P S测量方法将A 站的W G S 8 4 地心坐标准传递给B 站，随后即可同时开始招待参考站的任务; 另外两台在两个参考站有效控制距离长达30～50 公里带状区域内充当流动台，按设计的带宽测量地形图，并按一定的间距布测概略中线与边线木桩，实时得到它们相对于两个参考站的三维坐标，如果彼此互差在± 3 c m （ 或± 5 c m ，由用户自己设定） 限差以内，取中数为平差值; 如果还有第5 台G P S 可供使用的话，让它专门从事沿线用两侧5 ～1 0 公里范围内国家三角点或地方局部近控制网已知点的联测。如果只有4 台接收机可供使用的话，这种联测只能由分担流动点测理任务的两台接收机在施测过程中就近顺便完成。在完成一段作业任务后，A 站向线路的延伸方向迁站到C点，并保持B 点不动。B 、C 相距15～20 公里左右。同样C 点坐标由B 点通实时传递获得。重复第五段工作方式，完成第二段野外作业。依此类推，完成全线测量任务。
　　由于每个点都有两个不同已知点的实时检核平差成果，各项精度指标均在预先设定的范围之内，加上参考站坐标传递如果存在问题，那么在成批算流动点位的坐标差中必然会暴露出来。因此，整个测区所有点位的W G S 8 4 测量成果是一个精度均匀、绝对可靠的、无需进行任何内业后处理，只要根据同平面用高程的已知点位匹配情况进行会标转换与高程拟合，输出测区的点位成果表，根据转换后的坐标与高程系统输出相应的数字化地形图，用于输出修正后的线路模型，并推算出工程的土石方工作量。下一步就可以进入GPS 引导下的线路施工、里程桩测设和竣工验收。毫无疑问，按新的生产工艺流程将大大缩短道路勘测设计与施工的周期，降低作业人员的劳动强度，并有效地降低生产成本。
　　
　　3.结语
　　将GPS 技术应用于道路工程建设，结合传统的道路勘测作业方式带来了巨大变革，使道路测设水平显著提高。特别是GPSRTK 技术应用于道路地形测绘、定线测量、施工放样测量等工作可达到厘米级的精度，可方便地进行数据的储存传输，实现与路线CAD 的集成。无论在道路勘察设计单位还是道路施工单位均具有重要的应用。
　　
　　参考文献
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　　[2] 朱爱民. GPS 在高等级公路勘测应用中的几个问题[M]. 公路交通科技，2002（2）.
　　[3] 李卫青. 道路放线测量中转换参数的计算[J]. 公路交通科技（应用技术版），2008（04）.
　　[4] 符彦，陈旭伟. GPS技术在道路工程中的应用研究[J]. 沿海企业与科技，2007（07）.
　　
　　（作者单位：南宁市分秒测绘有限公司广西南宁530022）

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