本文以GPS 在道路工程中的應(yīng)用為研究對象，從作者的工作實際經(jīng)驗出發(fā)，首先簡要介紹了GPS 技術(shù)與傳統(tǒng)測量技術(shù)之間的差別，而后詳細探討了GPS 在道路工程測量中的應(yīng)用及GPS 道路工程測量的發(fā)展方向，相信對相關(guān)行業(yè)的從業(yè)者有著重要的參考和借鑒意義。
　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System 簡稱GPS），是以人造地球衛(wèi)星為觀測對象的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)能為用戶提供精密的三維空間坐標(biāo)、運動物體的三維速度和標(biāo)準時間，具有全球性、連續(xù)性和全天候的功能。它由導(dǎo)航星座、地面臺站和用戶定位設(shè)備三部分組成。導(dǎo)航星座是由24 顆位于地球上空約兩萬公里軌道上衛(wèi)星網(wǎng)所組成，它們分布在6 個不同的軌道面上，這6 個軌道面與赤道平面傾角為550。軌道相互間隔120°，相鄰軌道面鄰星相位差為40°，運行周期為11h8min，衛(wèi)星網(wǎng)的這種布置格局保證了在地球上任何地點任何時刻至少能同時觀測4 顆衛(wèi)星，最多時可觀測到11 顆衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號，實現(xiàn)三維精確定位。衛(wèi)星發(fā)射有三種信號，即精密的P 碼（ 廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域） 、非精密的捕獲碼C / A （ 用于民用方面） 和導(dǎo)航電文。地面臺站由一個主控站、五個監(jiān)控站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)控站觀測到的數(shù)據(jù)計算出每顆衛(wèi)星的軌道等數(shù)據(jù)，注人到各衛(wèi)星存儲器。用戶定位設(shè)備即GPS 接收機，由天線、信號識別和處理裝置、微機操作板、指示器、數(shù)據(jù)存貯器、精密振蕩器、電源六大部分組成，其主要功能是接收衛(wèi)星播發(fā)的信號并利用本身的偽隨機噪聲碼取得觀測量以及內(nèi)含衛(wèi)星位置和鐘差改正信息的導(dǎo)航電文，然后計算出接收機的三維坐標(biāo)和運動速度。
　　隨著GPS 技術(shù)日趨成熟，GPS 產(chǎn)品的不斷升級，GPS 測量已經(jīng)更加實用化和自動化。在道路勘測設(shè)計中，運用GPS 技術(shù)已使傳統(tǒng)的道路勘測方法發(fā)生了根本的變革，尤其是作為道路地理信息系統(tǒng)（ GIS） 中獲取空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的先進手段，對實現(xiàn)道路勘測設(shè)計的自動化和數(shù)字化具有重要意義。
　　
　　1.GPS在道路工程中的應(yīng)用
　　1.1用于建立高精度的道路工程控制網(wǎng)
　　G P S 在道路初測階段的主要任務(wù)是根據(jù)路線的基本走向布設(shè)控制點，進行平面控制測量和高程控制測量，作為測繪路線地形圖、定線測設(shè)和施工放樣的重要基礎(chǔ)。利用G P S 衛(wèi)星定位技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)線法進行路線控制測量，并具有布網(wǎng)靈活、外業(yè)觀測速度快、全天候作業(yè)、定位精度高等優(yōu)點，經(jīng)內(nèi)業(yè)處理要在統(tǒng)一坐標(biāo)系下提供控制點的三維數(shù)據(jù)信息。
　　目前，國內(nèi)已基本采用G P S 技術(shù)建立線路高精度首級控制網(wǎng)，如滬寧、寧杭高速公路的全線就是利用C P S 建立了首級控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。廣東省地質(zhì)測繪院利用win200GPS 接收機的快速靜態(tài)定位功能已建立了數(shù)百公里的高精度G P S 道路控制網(wǎng)，取得了良好的效果。
　　1.2GPS 用于道路施工放樣
　　利用G P S R T K 技術(shù)進行實時動態(tài)測量，是G P S 測量技術(shù)發(fā)展中的一個新突破。期限基本原理是，在基準站上安置1 臺G P S接收機，對所有可見衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過發(fā)射臺實時地發(fā)送給流動觀測站。在流動觀測站上，GPS 接收機在接收衛(wèi)星信號的同時通過接收電臺接收基準確性站傳送的數(shù)據(jù)，然后利用電子手簿根據(jù)相對定位的原理，實時地求解出厘米級的流動站的動態(tài)位置（ X 、Y 、Z） 。在道路勘測中，應(yīng)用R T K 技術(shù)進行定線測量，可同時一次完成傳統(tǒng)測量方法中的放線、中樁、中平等工作，大大提高作業(yè)效率。基本作業(yè)方法如下：
　�。�1）在路線控制點上架設(shè)一臺G P S 接收機作為基準確性站，流動站測設(shè)路線點上架設(shè)一臺G P S 接收機作為基準，流動站測設(shè)路線點位燕打樁作業(yè)。
　　（2）根據(jù)所設(shè)計的路線參數(shù)（ 圓曲線半徑、緩和曲線要素、交點坐標(biāo)、起始方位角等） ，利用路線計算程序計算路線中樁的設(shè)計坐標(biāo)（ 注： 也可將路線計算程序計算路線中樁的設(shè)計坐標(biāo)集成于G P S 接收機所配套的電子手簿中，在現(xiàn)場輸人樁號，隨時計算坐標(biāo)） 。
　�。�3）將路線中樁的設(shè)計坐標(biāo)從微機中傳輸?shù)诫娮邮植尽?
　�。�4）在流動站的測設(shè)操作下，只要輸人要測設(shè)的參考點號，然后按解算鍵，顯示屏可用時顯示當(dāng)前桿位于和到設(shè)計樁位的方向與距離，移動桿位，當(dāng)屏幕顯示桿位與設(shè)計點位重合時，在桿位處打樁寫號即可。這樣逐樁進行，可快速在地面上敷設(shè)中樁并獲取高程。
　　（5）在每個樁位按控制器的記錄鍵，將每個樁位高程記錄于電子手薄的存儲器，實現(xiàn)無紙化記錄。
　　
　　2. GPS將引導(dǎo)道路工程一體化測量
　　2.1道路工程一體化測量的構(gòu)想
　　具有實時測量功能的C P S 系統(tǒng)，其精度、速度和可靠性得到了充分的保障。首先，擴大實時G P S 測量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，它承擔(dān)道路勘測作業(yè)的絕大部分項目，除各級控制、施工放樣之外，將包括數(shù)字化帶狀地形圖測
　　2.2道路工程一體化測量的實施
　　利用4 - 5 臺G P S 實時測量系統(tǒng)，在具體作業(yè)中分工如下： 將兩臺分別架設(shè)在施測沿線相距1 5 ～2 0 公里左右，有利于衛(wèi)星信號接收和無線電信號發(fā)送的開闊高地上，作為參考站A 與B （ 不必考慮它們是否已知點），提前兩三分鐘開機，通過實時C P S測量方法將A 站的W G S 8 4 地心坐標(biāo)準傳遞給B 站，隨后即可同時開始招待參考站的任務(wù); 另外兩臺在兩個參考站有效控制距離長達30～50 公里帶狀區(qū)域內(nèi)充當(dāng)流動臺，按設(shè)計的帶寬測量地形圖，并按一定的間距布測概略中線與邊線木樁，實時得到它們相對于兩個參考站的三維坐標(biāo)，如果彼此互差在± 3 c m （ 或± 5 c m ，由用戶自己設(shè)定） 限差以內(nèi)，取中數(shù)為平差值; 如果還有第5 臺G P S 可供使用的話，讓它專門從事沿線用兩側(cè)5 ～1 0 公里范圍內(nèi)國家三角點或地方局部近控制網(wǎng)已知點的聯(lián)測。如果只有4 臺接收機可供使用的話，這種聯(lián)測只能由分擔(dān)流動點測理任務(wù)的兩臺接收機在施測過程中就近順便完成。在完成一段作業(yè)任務(wù)后，A 站向線路的延伸方向遷站到C點，并保持B 點不動。B 、C 相距15～20 公里左右。同樣C 點坐標(biāo)由B 點通實時傳遞獲得。重復(fù)第五段工作方式，完成第二段野外作業(yè)。依此類推，完成全線測量任務(wù)。
　　由于每個點都有兩個不同已知點的實時檢核平差成果，各項精度指標(biāo)均在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)，加上參考站坐標(biāo)傳遞如果存在問題，那么在成批算流動點位的坐標(biāo)差中必然會暴露出來。因此，整個測區(qū)所有點位的W G S 8 4 測量成果是一個精度均勻、絕對可靠的、無需進行任何內(nèi)業(yè)后處理，只要根據(jù)同平面用高程的已知點位匹配情況進行會標(biāo)轉(zhuǎn)換與高程擬合，輸出測區(qū)的點位成果表，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)與高程系統(tǒng)輸出相應(yīng)的數(shù)字化地形圖，用于輸出修正后的線路模型，并推算出工程的土石方工作量。下一步就可以進入GPS 引導(dǎo)下的線路施工、里程樁測設(shè)和竣工驗收。毫無疑問，按新的生產(chǎn)工藝流程將大大縮短道路勘測設(shè)計與施工的周期，降低作業(yè)人員的勞動強度，并有效地降低生產(chǎn)成本。
　　
　　3.結(jié)語
　　將GPS 技術(shù)應(yīng)用于道路工程建設(shè)，結(jié)合傳統(tǒng)的道路勘測作業(yè)方式帶來了巨大變革，使道路測設(shè)水平顯著提高。特別是GPSRTK 技術(shù)應(yīng)用于道路地形測繪、定線測量、施工放樣測量等工作可達到厘米級的精度，可方便地進行數(shù)據(jù)的儲存?zhèn)鬏敚瑢崿F(xiàn)與路線CAD 的集成。無論在道路勘察設(shè)計單位還是道路施工單位均具有重要的應(yīng)用。
　　
　　參考文獻
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