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試論GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用研究
摘要：GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有全球性、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，而將其應(yīng)用到公路測(cè)量上可以說(shuō)是公路測(cè)量技術(shù)上的一項(xiàng)革新，前景十分廣闊。本文主要探討GPS的發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)成及RTK技術(shù)方法在公路工程測(cè)量上的應(yīng)用。
關(guān)鍵字：GPS儀器、RTK技術(shù)、公路測(cè)量。
1.GPS的發(fā)展現(xiàn)狀
全球有美國(guó)GPS全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯全球定位系統(tǒng)、歐洲伽利略全球定位系統(tǒng)、我國(guó)北斗星全球定位系統(tǒng)。這四大全球定位系統(tǒng)中要數(shù)GPS開發(fā)最早，應(yīng)用更為成熟。其具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。
目前道路設(shè)計(jì)與施工需要嚴(yán)格掌握道路的各種數(shù)據(jù)。而常規(guī)的測(cè)量?jī)x器不僅受到地域等作業(yè)條件的影響，使得作業(yè)難度大，效率低，作業(yè)周期長(zhǎng)【1】。而GPS 技術(shù)的應(yīng)用則解決了這個(gè)問題。不僅測(cè)量準(zhǔn)確、方便，而且工作效率高。所以說(shuō)GPS技術(shù)在公路測(cè)量行業(yè)具有廣闊的前景，還需要我們不斷探索。
2.GPS的構(gòu)成
GPS主要有三部分構(gòu)成分別是：①空間部分即GPS衛(wèi)星；GPS的空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成�？梢宰龅皆诘厍虻娜魏蔚攸c(diǎn)。任何時(shí)刻，在高度角15°以上，平均可以觀測(cè)6-8顆衛(wèi)星。②控制部分即地面監(jiān)控系統(tǒng)；GPS的地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別由一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成，主要工作內(nèi)容是計(jì)算衛(wèi)星的軌道參數(shù)、種差參數(shù)等，并將其進(jìn)行存儲(chǔ)。③用戶部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS用戶裝備比較簡(jiǎn)單，由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備組成。GPS接收機(jī)可接受衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行交換、放大、處理，得出GPS接收機(jī)所在的三維坐標(biāo)。
3.GPS測(cè)量道路工程的技術(shù)特點(diǎn)
GPS能代替常規(guī)的測(cè)量方法，肯定有優(yōu)于其他測(cè)量工具的特點(diǎn)，總結(jié)來(lái)說(shuō)，GPS的技術(shù)特點(diǎn)有：
3.1改變了測(cè)站之間必須要相互通視的現(xiàn)狀
GPS要求測(cè)站上的空間必須開闊，沒有障礙物，這是為了方便接受衛(wèi)星信號(hào)。但是并不要求測(cè)站之間相互通視，這種是GPS優(yōu)于其他測(cè)量工具的重點(diǎn)特點(diǎn)【1】。解決了測(cè)量學(xué)上測(cè)站必須通視這一難題。
3.2定位精度高
使用GPS進(jìn)行測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)GPS的定位精度十分高，很多部分的測(cè)量都能達(dá)到厘米級(jí)的精度。而且GPS的測(cè)量精度不受距離的影響。反而距離越遠(yuǎn)精度越高，這種優(yōu)點(diǎn)才使得GPS在道路工程測(cè)量中倍受青睞。成為不可代替的道路工程測(cè)量工具。
3.3 GPS觀測(cè)時(shí)間相對(duì)較短
使用過(guò)GPS進(jìn)行測(cè)量的工作人員都可以體會(huì)到GPS測(cè)量時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量時(shí)一般只需要40min左右【2】。而采用快速靜態(tài)的RTK技術(shù)使用的時(shí)間更短。
3.4操作簡(jiǎn)便
GPS的自動(dòng)化程度高，操作十分簡(jiǎn)單。有時(shí)候?qū)τ谛碌臏y(cè)繪人員只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，熟練后就可以進(jìn)行道路測(cè)量工作。不同于全站儀的復(fù)雜，同時(shí)全站儀測(cè)量時(shí)還需要記錄很多數(shù)據(jù)。使用起來(lái)十分復(fù)雜繁瑣。
3.5對(duì)工作環(huán)境要求低
GPS能夠全天觀測(cè)，不受氣候，地域等的影響。在道路工程測(cè)繪中如果出現(xiàn)天氣驟變，也可以進(jìn)行，不需要中斷測(cè)量。
4.RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用
4.1 RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）定位技術(shù)簡(jiǎn)介
RTK定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，他是GPS技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在道路測(cè)量中有著廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際工作中，無(wú)論是動(dòng)態(tài)定位還是靜態(tài)定位，由于測(cè)量工具不能做到實(shí)時(shí)定位而導(dǎo)致數(shù)據(jù)滯后，就會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差，需要不斷地返工測(cè)量【2】。通常為了解決這個(gè)問題，都會(huì)延長(zhǎng)測(cè)量的工期。而GPS測(cè)量可以有效地解決這個(gè)問題。
解決這個(gè)問題的方法就是GPS中的RTK技術(shù)。RTK系統(tǒng)由GPS接收設(shè)備、無(wú)線電通訊設(shè)備、電子手薄及配套設(shè)備組成。整套設(shè)備在輕量化、操作簡(jiǎn)便性、實(shí)時(shí)可靠性、厘米級(jí)精度等方面的特點(diǎn)，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。
在測(cè)量中，選擇點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，從而對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。另外為了保證計(jì)算機(jī)可以基準(zhǔn)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，必須建立無(wú)數(shù)數(shù)據(jù)通訊來(lái)作為傳輸實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)【3】。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)流動(dòng)站的接收機(jī)在接收到衛(wèi)星訊號(hào)的同時(shí)，也要獲得無(wú)限數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，之后通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，得到觀測(cè)點(diǎn)的精確數(shù)據(jù)，提高了道路工程測(cè)量的效率。
4.2 RTK的應(yīng)用模式
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣等前端數(shù)據(jù)采集。
4.2.1快速靜態(tài)定位模式
要求GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上，靜止的進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過(guò)程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求，便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密；若采用常規(guī)測(cè)量方法(如全站儀測(cè)量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而采用RTK技術(shù)可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5-10min，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間還會(huì)縮短，不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的五分之一，在公路測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作。
4.2.2動(dòng)態(tài)定位模式
測(cè)量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測(cè)數(shù)分鐘(有的儀器只需2～10s)進(jìn)行初始化工作，之后流動(dòng)站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位精度可以達(dá)到厘級(jí)。動(dòng)態(tài)模式測(cè)量靈活，可以完成除道路測(cè)量之外的地圖測(cè)繪、中樁測(cè)繪、工程橫斷面測(cè)繪等等工作，而且測(cè)量精度也十分高。具有全站儀等測(cè)繪工具不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
4.3 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
RTK技術(shù)在測(cè)量中精度可達(dá)到厘米級(jí)，而且作業(yè)效率很高。例如流動(dòng)站小組作業(yè)，每小組(3～4人)可完成中線測(cè)量5～10km。若用其進(jìn)行地形測(cè)量，每小組每天可以完成0.8～1.5km2的地形圖測(cè)繪，其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的【2】。徹底擺脫了因?yàn)檎`差而經(jīng)常進(jìn)行的返工測(cè)量。同時(shí)在小組測(cè)量的同時(shí)可以順便完成之前要專門完成的中平測(cè)量工作。另外RTK技術(shù)還可以全站儀相結(jié)合進(jìn)行測(cè)量。
5.小結(jié)
本文通過(guò)對(duì)GPS技術(shù)在公路測(cè)繪中應(yīng)用研究，總結(jié)出GPS在道路工程測(cè)繪中所體現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，包括技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和測(cè)量中體現(xiàn)的設(shè)備優(yōu)點(diǎn)。由此可知GPS的測(cè)量是不受天氣變化，地形差異的影響的，它在道路工程測(cè)量中的使用大大提高了測(cè)量的精確度，解決了測(cè)量以往存在的一些困難點(diǎn)，而且具有操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)整理數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。所以說(shuō)GPS在道路工程測(cè)量中應(yīng)用的前景是不可小覷的，我們作為道路工程測(cè)量人員應(yīng)該努力挖掘GPS的使用方法，使之能夠發(fā)揮更大的作用，進(jìn)一步提高道路測(cè)量工作的效率。
文獻(xiàn)綜述：
暢福善.GPS在公路測(cè)量中的應(yīng)用[J],微計(jì)算機(jī)信息，2008
徐邵全，張華海等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2006
[3] 盧孝益.GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用，浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2011
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