全球定位系統(tǒng)在公路工程測量中的應用
關鍵詞：公路工程,測量,GPS,靜態(tài)定位,動態(tài)定位
引言：時下，GPS技術的不斷發(fā)展已在我國公路工程測量中得到普遍應用，但是如何更好地發(fā)揮GPS技術及實現(xiàn)公路工程中的較好示范應用作用，提高其工作效率，從理論到實踐仍有較大差距。鑒于此，根據(jù)實際工作經(jīng)驗得出：GPS技術的諸多優(yōu)點多數(shù)集中體現(xiàn)在精度高,不受天氣、通視條件等影響。就目前的高等級公路,尤其對高速公路來說,由于其車速高、全封閉的特點,對線形標準要求很高，相應的沿線經(jīng)過的地形較為復雜而且影響通視,同時，這些重點工程往往是任務重、時間緊，質(zhì)量要求高。因此作為先期工作的基礎控制測量,采用GPS技術是理想的作業(yè)方法。下面先就GPS技術的特點做一闡述。
一、公路工程測量中使用GPS技術特點
根據(jù)筆者多年的工作所得，具體來說公路工程測量中使用GPS技術主要具有以下幾方面的特點:
（1)實時定位，準確。對導航用戶而言,需要實時知道自己所處的位置。利用子午衛(wèi)星系統(tǒng)要測若干段時間后才能獲得定位結果;而GPS技術利用實時的觀測數(shù)據(jù)獲得實時的定位結果,具有實時性。
�。�2)定位精度高、速度快。在導航及測量領域,GPS與常規(guī)方法相比,具有精度高、速度快、操作簡單、自動化程度高等優(yōu)點,由此帶來了很好的經(jīng)濟和社會效益。
（3)無需通視。對常規(guī)測量而言,點與點之間只有通視才能進行測量,而GPS用于測量的一個顯著優(yōu)點就是點與點之間無需通視,只要各測量點能接受到衛(wèi)星信號就可進行定位,因此,可以避免許多過渡點,不僅給測量工作到來許多方便、節(jié)省許多費用,而且能夠提高測量精度。
�。�4)不受天氣限制。無論是雨雪還是風霧的天氣均可進行GPS定位服務,因此,在惡劣氣候環(huán)境下也能進行GPS定位,保證用戶在惡劣氣候環(huán)境下按時順利地完成任務。
�。�5)操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。
�。�6）提供三維坐標。GPS技術測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。
二、公路工程測量中路橋變形檢測雙頻GPS有關推算
綜合上面的論述和筆者工作經(jīng)驗不難看出，目前GPS測量技術，尤其是路橋等的各類變形監(jiān)測中處于應用的最前沿，對于路橋的變形檢測主要是實時監(jiān)測工程建筑物的動態(tài)變形。這種測量的特點具有采樣密度高。下面就公路工程測量中GPS技術的雙頻P碼偽距法做一推算。供同行參考。
我們就拿4顆衛(wèi)星組成搜索空間這個事例來說，首先讓這4顆衛(wèi)星滿足以下要求：（1）高度角大于13°；（2）它們構成的DDOC最小，DDOC的定義如公式所示：DDOC=trace（ATA）-1，式中A是不同的衛(wèi)星的相位雙差所對應的設計矩陣。為了形成這樣的雙差，選擇一顆高度角大且兩測站都有相位觀測值的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星。
第二，測量推算獲得這4顆衛(wèi)星寬波組成雙差觀的測值，根據(jù)此計算寬波模糊度初值，以此初值的±1周組成對應的模糊度空間，再對組合空間進行雙差迭代解算，形成候選坐標組合。
第三，通過第二步的計算，已經(jīng)獲得了待定點可能的位置精度，這個時候可以計算同一歷元其他寬波相位雙差觀測整周模糊度。對于每一組模糊度組合，列出寬波相位值已知情況下的雙差"固定解"的觀測函數(shù)，用最小二乘法迭代求解待定點的坐標值，并據(jù)此估算單位權中誤差值大小。最后我們選擇具有最小誤差值的解為最佳的答案，并執(zhí)行分辨率值的驗算。
三、GPS技術在公路工程測量中應用
在我國的公路工程測量工作中主要應用了GPS技術的靜態(tài)功能和動態(tài)功能這兩大功能應用。這兩種功能應用完全可以滿足公路勘察設計和公路建設的精度要求。
�。�1）.GPS技術在公路工程測量中的靜態(tài)功能應用
所謂靜態(tài)功能應用，是通過接收到的衛(wèi)星信息，確定地面某點的三維坐標；它是至少有兩臺接收機同時接收衛(wèi)星信號，經(jīng)過衛(wèi)星信號的處理可精確計算出兩點在WGS一84地心坐標系的三維坐標差，根據(jù)其中一點的坐標可推算出另一點的坐標，由于靜態(tài)相對定位精度高，可廣泛應用于形變監(jiān)測、大地測量、城市與工程控制等多領域。
�。�2）.GPS技術在公路工程測量中的動態(tài)功能應用
所謂動態(tài)功能應用，是通過衛(wèi)星系統(tǒng)，把已知的三維坐標點位，實地放樣地面上。具體來說，就是將一臺GPS接收機置于基準站不動。而另一臺（或幾臺）GPS接收機處于運動狀態(tài)，根據(jù)基準站與流動站信號的差分可解算出流動站各時刻的位置參數(shù)。
四、GPS技術在公路工程測量中發(fā)展趨勢
進入21世紀以來，GPS的動態(tài)測量技術日漸趨于成熟，它所具有的高精度、快速度和強可靠性為我國的公路工程測量一體化的實現(xiàn)提供了強有力的保障措施。在本章節(jié)筆者單就GPS的動態(tài)測量技術的應用前景做一闡述。
�。�1）可以大比例尺帶狀地形圖測繪。在實際的公路測量中，采用GPS的動態(tài)測量技術進行地形圖測繪,不需要點間通視,減少測量層次。只需要1個人拿著流動站GPS接收機在待測的地物地貌等碎部點上采集1分鐘的時間,并通過動態(tài)測量技術操作手簿輸入碎部點的特征編碼及屬性信息，這樣，就可以得到碎部點的三維坐標。其次，再通過內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換,至專用繪圖軟件編輯成圖。由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息,采集速度快,因此大大降低了測圖難度,既省時又省力。
�。�2）可以優(yōu)化公路勘測作業(yè)步驟。就目前的公路測量工作的環(huán)節(jié)來說，比較繁雜。如果我們采用GPS的動態(tài)測量技術，就可以按照"靜態(tài)與動態(tài)"的作業(yè)方式實現(xiàn)一體化勘測目標。這種作業(yè)方式是將公路勘測工作分為靜態(tài)作業(yè)和動態(tài)作業(yè)兩大環(huán)節(jié)。靜態(tài)作業(yè)是利用GPS技術建立全線基礎控制網(wǎng),提供高精度的框架,并為動態(tài)作業(yè)提供轉(zhuǎn)換參數(shù);動態(tài)作業(yè)就是利用RTK技術,分段測量放樣。它要求流動站分工明確,如有的負責測圖,有的負責放樣。其實質(zhì)在于擴大RTK技術的應用范圍,其關鍵在于實時GPS系統(tǒng)的數(shù)量。
�。�3）可以實現(xiàn)道路斷面放樣工作�？v斷面放樣時,先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中，生成一個施工測設放樣點文件,并儲存起來,隨時可以到現(xiàn)場放樣測設。橫斷面放樣時,先確定出橫斷面形式，然后把橫斷面設計數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設計高),生成一個施工測設放樣點文件,儲存起來,并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪帶狀圖時采集而來的,不需要到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量,大大減少了外業(yè)工作。必要時也可用動態(tài)GPS到現(xiàn)場檢測復核,這與傳統(tǒng)方法相比,既經(jīng)濟又實用,前景又廣闊。
五、結束語
GPS全球定位系統(tǒng)（GlobalpositioningSys-tem）是美軍發(fā)展建設的具有全球性、多用途、全天候優(yōu)勢的導航定位、定時、測速系統(tǒng)。目前，全球定位系統(tǒng)已廣泛應用于工程建設和軍事等眾多領域中，在我國公路工程測量中的應用還剛剛起步，相信隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，GPS技術應用研究的逐步深入，GPS在現(xiàn)代公路建設中必將發(fā)揮更大的作用。
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