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GPS技术在公路工程测量中的应用易祥军

发表时间：2020/10/13 来源：《基层建设》2020年第19期作者：易祥军

[导读] 摘要:随着我国科学技术的迅猛发展，在各个领域当中，GPS技术已经被广泛应用。

        海南省交通规划勘察设计研究院海南省海口市 570206
        摘要:随着我国科学技术的迅猛发展，在各个领域当中，GPS技术已经被广泛应用。如今，GPS技术能够在公路测量工作中进行应用更是为推动我国公路行业的良好发展，为我国公路行业奠定了良好的基础。在公路测量中使用GPS技术可以有效的提高测量数据的准确性，实现了很多传统测量中无法解决的问题。基于GPS技术的多项优点，本文对此技术做以简单的探讨，供相关人员参考。
        关键词:GPS；公路工程；测量
        公路测量工作贯穿着工程项目的各个阶段，在进行公路测量和设计需要沿线路布设四等或等外水准路线，以满足设计和施工的需求。目前，在工程测量中各方面技术日益走向成熟，GPS测量及定位等技术在公路工程测量中得到广泛的应用。这项技术的应用是公路勘测领域的一项重大技术革命，有着十分广阔应用前景。
        一、GPS技术概况
        1 GPS技术概述
        GPS技术在应用时，其接收装置能够利用各个测量点位无线电的传输时间差值，精确计算传输距离，进而确定测量点位置。拥有全球卫星定位系统的GPS包括两个形式：一是全球化的高精度GPS网，多应用于科研。二是PIK定位和差分GPS定位，多应用于地理、工程测绘及定位。其中PIK定位是一种利用载波相位观测的实时动态定位技术，大大提升定位点的精准性。差分GPS定位是一种定位方式，它可以通过基准站进行定位、分转、修改。
        2 GPS系统组成
        GPS系统主要由三个部分组成：即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
        （1）空间星座部分。由3颗在轨备用卫星和21颗工作卫星共同组成了GPS空间星座部分，也就是（21+3）GPS星座，这部分卫星均匀分布在6个轨道平面内，各个轨道之间交角精准的控制为60度。平均每个卫星距地面约20200km，每个卫星绕地球运行周期都是11h58min。在地面任何一个观测点每天至少可以有4颗卫星进行覆盖，最多时覆盖卫星数可达11颗。
        （2）地面监控部分。GPS工作卫星的需要地面监控系统进行监控和转输，他们遍布与全球，主要有1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。对于日常定位及导航来说，GPS卫星是动态已知点。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星星历就是可以描述卫星运动及其轨道的参数。通过地控系统可以知道卫星上的各种设备是否正常运行，它时时刻刻都在控制卫星沿着预定轨道运行。
        （3）用户设备部分。用户设备部分也就是GPS信号接收机。GPS用户设备主要包括接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包。它能够捕获到一直卫星的卫星高度及与待选卫星的信号夹角，通过追踪卫星并对信号进行放大、处理、变换等步骤，分析出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时差，进而解译出导航电文，导航电文中的内容包括观测站的三维位置、速度、时间，通过精准计算，进而进行移动式的导航和定位。
        3. GPS技术特点
        近些年，随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻了测量工作者的工作紧张程度和劳动强度，使野外工作变得轻松愉快。GPS技术解决了测站间无法相互通视的难题，在选点更加灵活方便。但是为了保证GPS卫星信号不受干扰，观测站需要设置在开阔处。双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm相比测距仪，在不改变长度的情况下，GPS测量精度更高，随着距离的增长，GPS愈加在测量上显示优越。在20km以内的短基线上，快速静态相对定位只需5min就可得到测量结果，对于实时动态RTK定位，流动站只需观测几秒钟即可精准定位。GPS测量不但可以精确测定平面位置，还可以测定观测站的大地高程。GPS测量可以实现全天候作业，它观测可在任何地点，任何时间连续地进行，不受环境气候等方面的影响。
        GPS技术以其具有的高效率、高精度和自动化等显著特点，减小了广大测量工作者的工作强度。

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目前，GPS技术已普遍应用于航空摄影测量、大地测量、地壳形变监测、工程测量以及海洋测绘等诸多测量领域。可以说，传统的测量技术经历了一场深刻的变革，GPS定位技术将工程测量带入了一个崭新的时代。
        二、GPS技术的应用
        GPS全球定位系统(GlobalPositioningSystem)在工程测量中的得到了广泛应用,尤其是在最近的两年，GPS技术迅速推广。GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、速度和时间等信息技术参数。
        在工程测量中主要依靠GPS的两大功能:静态功能和动态功能。
        1 静态功能的应用
        静态GPS测量技术核心设备为GPS接收机，利用其定位功能进行测量。在测量过程中默认GPS接收机天线的位置是静止的，在数据处理过程中，以接收机天线位置做为定量，利用卫星接收数据变化分析得到坐标位置。在静态定位测量时，需要确保测量点使用GPS接收器，接收器可以同步接收卫星和基站的观测数据，计算测得的三维数据和位置数据，也可以可以停止测量，直到测量精度满足测量要求。
        2 动态功能的应用
        实时动态定位(RTK)系统主要由流动站和基准站组成,通过建立无线数据通讯，保证实时动态测量。其原理为，将点位精度较高的首级控制点定为RTK系统基准点,参看站位1台接收机,对卫星进行连续观测，在流动站上的接收机在接收卫星信号时,分析无线电传输设备接收基准站上的观测数据,在观察完成之后，执行安装之前设置的观察处理，然后执行自动观察。RTK系统观察结果与基站数据同步，以获得准确的采样点位置。目前，应用此技术测量的结果准确率高，甚至可以达到厘米级精确。在公路工程施工过程中，GPS动态定位技术的可以实现对项目区的地形图的进行绘制，并且可以测量出横截面的相关数据。
        3 GPS控制网的应用
        在公路航测过程中，成图阶段需要有相应的控制依据,该控制依据可依靠GPS控制网控制航向和区域宽度。在用其他方法测量公路区域时时,可采用GPS控制网利用可选用首级控制和图根控制。在公路测量阶段,依靠GPS控制网作为测量基础进行放线以及相关构造物的施放，这样可以快速提高测量精度及提取原始数据准确性。
        在施工阶段,可根据设计目的有选择性的进行GPS控制网实地放线及构造物的放样。在改造公路测量过程中,利用GPS控制网可以对公路进行有效的改造。
        三、结束语
        综上所述，GPS技术已经被广泛运用到公路工程的测量工作中,新兴的测量技术与传统的导线放样的测量方式相比具有更高的准确性，同时便捷了测量人员的操作过程，缩短了测量时间，减少工程成本。但同时也提高了测量人员的技术要求,因此，若想大规模实现自动化测量，就需要测量单位强化对测量人员的技术培训,完善测量程序，进而保障测量工作的效率与质量。
        参考文献
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