程衛(wèi)攀

（中交第三公路工程局有限公司第五工程分公司，北京 100020）

GPS在各個行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，GPS的技術(shù)優(yōu)勢應(yīng)該得到我們的高度重視，將其作為工作效率提升的主要措施。對于公路工程測量而言，這就是GPS的重要應(yīng)用場合，各項細節(jié)工作的高要求也需要通過GPS進行數(shù)據(jù)分析處理，尤其是高精度的數(shù)據(jù)。本文也將圍繞GPS的技術(shù)優(yōu)勢，得出相關(guān)結(jié)論，旨在為今后的使用提供一定的技術(shù)借鑒。

1 GPS在公路工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

公路工程中最先使用GPS技術(shù)的是公路控制測量。在測量工作中，靜態(tài)相對定位技術(shù)發(fā)揮了重要作用，通過兩臺GPS接收機的共同工作，我們能夠獲取相對精確的三維坐標數(shù)據(jù)，并且通過其中一個坐標來計算出另一個坐標，保障較好的靜態(tài)定位結(jié)果。

在高精度測量領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，并在發(fā)展過程中逐漸地取代傳統(tǒng)測量方法。目前，應(yīng)用理論的不斷深入與作業(yè)模式的完善，也讓靜態(tài)相對定位技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵的技術(shù)優(yōu)勢。

2 GPS在公路工程測量中的定位原理

2.1 基本定位模式

按照現(xiàn)階段已有的衛(wèi)星坐標并確定對應(yīng)的天線位置，是GPS基本定位的應(yīng)用措施，同時用戶接收天線的距離觀測也非常重要。在一個測站上，只需要少數(shù)幾個獨立距離的觀測量。由于GPS的技術(shù)原理是時差測距原理，以信號到接收機的時間差作為計算時的判定依據(jù)，可以將其作為不同的參數(shù)在數(shù)據(jù)處理中進行求解。在一個測站上，除了數(shù)個待定位置的參數(shù)之外，還需要設(shè)置一個接收機鐘差參數(shù)，并同步觀測數(shù)顆GPS衛(wèi)星[1]。

2.2 絕對定位和相對定位

絕對定位即以地球質(zhì)心作為參考點，定位作業(yè)只需要通過接收機工作即可。按照接收機的區(qū)域和狀態(tài)，可以劃分為靜態(tài)絕對定位和動態(tài)絕對定位。當接收機的天線保持靜止狀態(tài)時，靜態(tài)定位可以確定觀測站的絕對坐標，并連續(xù)測定觀測站到衛(wèi)星的距離，獲取多余觀測量，通過處理后提升定位精度。GPS相對定位是當前應(yīng)用比較廣泛且精度較好的定位措施，使用原理是通過兩臺接收機在端點安置后對GPS衛(wèi)星進行觀測，然后確定基線端點位置。這樣一來，我們使用的基本觀測量可以獲得良好的測量精度，比傳統(tǒng)的偽距測量精度要更加穩(wěn)定。減少信號傳播可能出現(xiàn)的誤差，保障觀測數(shù)據(jù)的有效性。

2.3 實時動態(tài)與差分定位

差分定位是提升定位精度的重要方案，其原理是通過兩臺GPS接收機，并將其中的一臺安置在基準站之上，另一臺則安置在待定點上。兩臺接收機進行同步觀測，通過觀測值的數(shù)值分析來減少可能產(chǎn)生的誤差。按照基準站信息方式的不同，可以將GPS的定位分為三種類型，即位置差分、相位差分、偽距差分，從運作模式上比較接近，直接通過用戶站接受的改正數(shù)信息來進行。在完成整個過程的校對后獲取相對精確的數(shù)據(jù)定位結(jié)果。但我們應(yīng)考慮到改正數(shù)的內(nèi)容差異性問題，防止因這一因素產(chǎn)生過大差異[2]。

位置差分是最簡單的差分模式，接收機觀測不同的衛(wèi)星后可以計算出基準站的坐標。但由于環(huán)境影響、大氣影響等誤差因素，計算出的坐標和基準站之間的數(shù)據(jù)存在差異，基準站通過數(shù)據(jù)可以將位置差形成改正數(shù)再發(fā)送，然后通過待定點進行改正，將誤差得到有效處理。

相位差分即RTK技術(shù)（Real Time Kinematic），建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)三維坐標的提供，保障精度?；鶞收就ㄟ^數(shù)據(jù)鏈可以將觀測量與坐標信息告知用戶，用戶接受載波相位信息后可以組成相位差分觀測值進行后續(xù)處理，達到厘米級別以上的定位結(jié)果。

偽距差分是目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段，一個基準站上的接收機萬完成對偽距觀測工作后就你可以通過已知點的坐標來進行優(yōu)化并修改，獲取位置時也能根據(jù)已經(jīng)修改后的數(shù)據(jù)結(jié)果作為參考與借鑒，實現(xiàn)對于公共誤差的管控，保障定位精度的同時，進一步減少公共誤差帶來的不利影響。定位精度隨著基準站與待定點間的距離而逐漸降低[3]。

3 公路工程測量數(shù)據(jù)中的GPS處理方法

3.1 動態(tài)GPS應(yīng)用

動態(tài)GPS應(yīng)用主要利用實時動態(tài)RTK技術(shù)，通過取點位精度較高的首級控制點作為基準點，然后通過無線電傳輸設(shè)備將基準站上的觀測數(shù)據(jù)接收后，按照計算機相對定位的原理明確流動站的三維坐標與測量精度，這樣一來使用者也可以根據(jù)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線計算結(jié)果來確定觀測時間，減少不必要的工作內(nèi)容。例如在公路的測量勘測階段，就可以實現(xiàn)地形測繪、縱斷面地面線測量、橫斷面測量等多個方面的工作，可以在無須通視的環(huán)境下，在3 s內(nèi)達到30 mm的精度，動態(tài)顯示測量成果，減少了由于誤差和造成的返工，GPS作業(yè)效率得到了充分保障。另外，如果利用該技術(shù)進行地形測量，可以在每天完成大面積的地形測繪，涵蓋公路測量的廣闊應(yīng)用范圍。對于公路工程單位來說，靜態(tài)定位和GPS動態(tài)技術(shù)相結(jié)合的方式不僅可以實現(xiàn)公路工程平面控制測量的精度，還能對生產(chǎn)流程進行優(yōu)化。在未來的技術(shù)條件下，跟蹤能力、初始化時間、精度都將有明顯提升，性價比出色。

3.2 公路GPS控制網(wǎng)建立

按照GPS的實際測量要求，每隔1 km左右設(shè)置一個控制點，其等級按照實際的公路等級決定。例如以高速公路為例，等級控制時需要將首級控制保持四等以上，在布設(shè)首級控制網(wǎng)的過程中也需要在5～10 km處設(shè)置首級控制點，以便于進行加密控制。按照勘測的規(guī)范要求，需要進行選點、埋石與實測工作，最終進行精度評級判定，從而建立公路GPS控制網(wǎng)。公路GPS控制網(wǎng)建立完畢后，其作用也非常顯著。一方面，在公路工程測量階段，能夠以此為基礎(chǔ)展開放線、施放構(gòu)造物等工作，大大提升原始數(shù)據(jù)的提取精度；另一方面，GPS控制網(wǎng)能夠控制航向與區(qū)域?qū)挾?，施工階段與改造階段中也可以進行實地規(guī)劃。

3.3 連續(xù)運行參考站的測量方法

首先，對于觀測的時間要求較高，如果其中的某一點無法按照要求進行觀測，其他點需要同步進行等待，直至某一點恢復(fù)正常工作，否則需要直接取消觀測；此外，公路工程一般選擇國家級大地控制點，但某些點由于時間因素、環(huán)境因素，點位破壞相對嚴重。大型公路工程在地理空間上也有著較大跨度，且參加工程可能有多個單位，網(wǎng)平差也應(yīng)該由統(tǒng)一的高精度基準。因此，傳統(tǒng)的測量方法在一定程度上影響了GPS的使用效率，基于連續(xù)運行基準站的GPS測量方案也是提升其效率的重要模式。

利用基準站實時觀測時，GPS作業(yè)模式可以讓基準站和未知點形成聯(lián)動并展開遠距離觀測，通過軟件確定坐標后，相關(guān)的測量設(shè)備可以直接通過基準站作為起算點來保障作業(yè)效率，且并不需要構(gòu)成同步觀測。此時，整個作業(yè)流程變得更加清晰，并且未知點可以統(tǒng)一到相同的坐標基準值上，大型公路控制網(wǎng)建立也會更加便捷。

4 結(jié)語

作為世界范圍內(nèi)使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS在公路工程測量工作中會發(fā)揮重要的作用。隨著技術(shù)水平的不斷深入，GPS在理論基礎(chǔ)與技術(shù)方面的完善也會更加具體細致。本文在通過GPS定位技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，對公路工程測量的理論與方法進行系統(tǒng)化歸納，并結(jié)合當前可能存在的問題進行了技術(shù)規(guī)劃。