畢田輝

摘 要： 美國(guó)研制并在1994年投入使用的衛(wèi)星定位與導(dǎo)航的系統(tǒng)是GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)在測(cè)量領(lǐng)域之中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于地形測(cè)量、大地測(cè)量、航空攝影測(cè)量以及工程測(cè)量等等各個(gè)方面，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域之中普遍存在了。重點(diǎn)介紹了GPS在道路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 道路工程；GPS定位系統(tǒng)控制測(cè)量應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)： F49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)： 16723198（2013）06015802

0 引言

測(cè)量系統(tǒng)GPS技術(shù)具有全天候、全球性、高精度和點(diǎn)間無(wú)需通視等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于道路測(cè)量之中，尤其是動(dòng)態(tài)GPS的產(chǎn)生較原來(lái)的靜態(tài)GPS具有更強(qiáng)的實(shí)用性和靈活性，給道路測(cè)設(shè)工作帶來(lái)了更大的改變，從而大大的提高了測(cè)設(shè)工作的速度和精度。我們于2006年初引進(jìn)徠卡GPS500測(cè)量系統(tǒng)，其中GPS接收機(jī)為SR530雙頻RTK型接收機(jī)，則需要使用SKI-Pro專(zhuān)業(yè)靜動(dòng)態(tài)后處理軟件包，基線(xiàn)精度優(yōu)于3mm+1ppm—5mm+lppm，與此同時(shí)還能夠在4—5顆衛(wèi)星的情況下實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)初始化。與此同時(shí)則可以通過(guò)實(shí)際應(yīng)用證明其在數(shù)字化地形圖的測(cè)繪、工程放樣、平面控制測(cè)量等工作中具有極強(qiáng)的優(yōu)越性。

1 GPS在道路工程控制測(cè)量中的測(cè)設(shè)原理

GPS全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）的應(yīng)用主要是靠GPS系統(tǒng)向全球任何用戶(hù)全天候地連續(xù)提供高精度的時(shí)間信息、三維坐標(biāo)和三維速度等等一些技術(shù)參數(shù)在最近幾年的道路工程測(cè)量之中得到了快速的推廣。

1.1 GPS的工程原理

首先我們假定衛(wèi)星的位置為已知，而我們又能準(zhǔn)確測(cè)定我們所在地點(diǎn)q至衛(wèi)星之間的距離，那么q點(diǎn)一定是位于以衛(wèi)星為中心、所測(cè)得距離為半徑的圓球上。進(jìn)一步，我們又測(cè)得點(diǎn)q至另一衛(wèi)星的距離，則q點(diǎn)一定處在前后兩個(gè)圓球相交的圓環(huán)上。我們還可測(cè)得與第三個(gè)衛(wèi)星的距離，就可以確定q點(diǎn)只能是在三個(gè)圓球相交的兩個(gè)點(diǎn)上?？梢院苋菀着懦渲幸粋€(gè)不合理的位置根據(jù)一些地理知識(shí)。當(dāng)然也可以再測(cè)量q點(diǎn)至另一個(gè)衛(wèi)星的距離，也能精確進(jìn)行定位。通常采用兩類(lèi)坐標(biāo)系統(tǒng)在GPS測(cè)量中，一類(lèi)是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱(chēng)地固坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類(lèi)是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)。

1.2 GPS系統(tǒng)的組成

對(duì)于測(cè)量用戶(hù)有衛(wèi)星接收設(shè)備和GPS全球定位系統(tǒng)，而GPS全球定位系統(tǒng)則是由地面監(jiān)控和空間衛(wèi)星群系統(tǒng)兩大部分組成的。

1.2.1 GPS的用戶(hù)

GPS作用則就是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，同時(shí)利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等，一部分是由GPS接收機(jī)及相應(yīng)的用戶(hù)設(shè)備如氣象儀器、數(shù)據(jù)處理軟件、計(jì)算機(jī)等等組成的。例如：在控制測(cè)量之中我們使用的天寶（Trimble）GPS測(cè)地型接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)能夠充分的滿(mǎn)足了控制測(cè)量的精度要求為：無(wú)需接線(xiàn)、獨(dú)特的電池設(shè)計(jì)，還要使用5h以上；雙頻主機(jī)、天線(xiàn)、RTK電臺(tái)等要一體化；新型薄式控制器，4M或10M的PCMCIA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡；測(cè)量精度：5次/秒的快速位置更新，可靠的衛(wèi)星“超跟蹤”技術(shù)；靜態(tài)測(cè)量5mm+11pm； RTK測(cè)量10mm+1.1pm（平面）；20mm+1.1pm（高程）。

1.2.2 間衛(wèi)星群

GPS的空間衛(wèi)星群在6個(gè)軌道面上均勻的分布，地球赤道和軌道的傾角為55°左右，各個(gè)平面之間的交角為60°左右，衛(wèi)星的軌道運(yùn)行周期為11小時(shí)58分01秒左右，由24顆高約20萬(wàn)公里左右的GPS衛(wèi)星群組成的，這樣可以保證可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)在任何地點(diǎn)和任何時(shí)間地平線(xiàn)上。

1.2.3 GPS的地面控制系統(tǒng)

GPS的地面控制系統(tǒng)包括五個(gè)監(jiān)測(cè)站，監(jiān)控站的作用是監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)，接收衛(wèi)星信號(hào)。三個(gè)注入站，注入站的作用則是將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去是。一個(gè)主控站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，同時(shí)還要將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去；此外還要向衛(wèi)星發(fā)布指令，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，調(diào)度備用衛(wèi)星等。

2 GPS在道路工程控制測(cè)量中的具體實(shí)施

（1）全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)一般來(lái)說(shuō)則是會(huì)受到天氣狀況的影響，可以在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)連續(xù)地進(jìn)行。

（2）測(cè)站之間無(wú)需通視。測(cè)站間一直相互通視選點(diǎn)促使更加方便靈活。如果想要接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受到干擾則在測(cè)站上空必須開(kāi)闊的。

（3）位精度高。一般紅外儀標(biāo)稱(chēng)精度為5mm+5ppm，而雙頻GPS接收機(jī)基線(xiàn)解精度為5mm+1ppm，紅外儀與GPS測(cè)量精度相當(dāng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性伴隨著距離的增則就會(huì)愈加的突出。許多實(shí)驗(yàn)證明了，在100～500公里的基線(xiàn)上其相對(duì)定位精度可達(dá)10-6～10-7，如果是在小于50公里基線(xiàn)上可達(dá) 12×10-6。

（4）簡(jiǎn)便的操作。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前對(duì)于其它的觀測(cè)工作來(lái)說(shuō)如跟蹤觀測(cè)，衛(wèi)星的捕獲等則均是由儀器自動(dòng)完成的。但對(duì)于GPS接收機(jī)已操作趨小型化和傻瓜化，觀測(cè)人員則只需將天線(xiàn)對(duì)中、整平，量取天線(xiàn)高打開(kāi)電源就可以進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，這樣就可以求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（5）提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置還可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。

（6）觀測(cè)時(shí)間短。在采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般都是在30～40min左右，如果要采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測(cè)的時(shí)間則就會(huì)變得更短。在道路工程的控制測(cè)量上我們通過(guò)對(duì)GPS測(cè)量的應(yīng)用事例的探討，就可以看出來(lái)GPS具有很大的發(fā)展前景：

（1）對(duì)于GPS作業(yè)來(lái)說(shuō)非常的適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等，且有著極高的精度。而且還不會(huì)受距離和環(huán)境限制。

（2）GPS測(cè)量可以提高作業(yè)效率，還可以減少野外砍伐工作量，極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

（3）GPS測(cè)量是不會(huì)受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過(guò)程則全都是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)控制，自動(dòng)平差計(jì)算、自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理。同時(shí)還大大的提高了工作及成果的質(zhì)量。

（4）GPSRTK技術(shù)能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)非常適合橋、路線(xiàn)、隧勘察。而且它還可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、點(diǎn)位測(cè)量、中樁測(cè)量等。GPSRTK技術(shù)將會(huì)徹底的改變道路測(cè)量模式。

（5）在當(dāng)前道路工程逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難的原因是往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，這樣GPS高程測(cè)量無(wú)疑是一種非常有效的手段。

3 結(jié)束語(yǔ)

GPS測(cè)量是一項(xiàng)要求嚴(yán)格技術(shù)復(fù)雜的工作，實(shí)施的原則是盡可能地減少人力、時(shí)間及經(jīng)費(fèi)的消耗以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)測(cè)量可靠性和測(cè)量精度等要求為前提。因此，對(duì)其各階段的工作這就要求對(duì)這項(xiàng)工作必須本著精心設(shè)計(jì)、精心組織和精心實(shí)施的態(tài)度進(jìn)行。道路工程的控制測(cè)量上GPS具有很大的發(fā)展前景，它的作業(yè)非常適合于局部重點(diǎn)工程地區(qū)、地形條件困難地區(qū)等，而且還不會(huì)受距離和環(huán)境限制。也不會(huì)受人為因素的影響。整個(gè)作RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。GPS還可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、點(diǎn)位測(cè)量、中樁測(cè)量等，非常適合橋、路線(xiàn)、隧道勘察的。GPS測(cè)量可以提高作業(yè)效率，還可以減少野外砍伐工作量，極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 武豐雷，田永明，吳闖.GPS在濟(jì)南市北園大街道路建設(shè)工程控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市勘測(cè)，2010，（1）：7678.