摘要：GPS全球定位系統(tǒng)作為新形式測(cè)量系統(tǒng)，已廣泛用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量以及地形測(cè)量等各個(gè)方面。GPS全球定位系統(tǒng)（globalpositioningsystem）在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù)。
　　
　　關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng)；公路工程；橋梁工程；工程測(cè)量
　　
　　1GPS系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹
　　1．1含義及組成
　　GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測(cè)量用戶還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。
　　（1）空間衛(wèi)星群
　　GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬(wàn)公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個(gè)軌道面上，各平面之間交角為60度，軌道和地球赤道的傾角為55度，衛(wèi)星的軌道運(yùn)行周期為11小時(shí)58分，這樣可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線以上可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)。
　　（2）GPS的地面控制系統(tǒng)
　　GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)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)等并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去；同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。GPS地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、太平洋和美國(guó)本土。
　　（3）GPS的用戶部分
　　GPS用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。
　　１．２GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)
　　相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)講，GPS測(cè)量有以下特點(diǎn)：
　　（1）測(cè)站之間無(wú)需通視
　　測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。
　　（2）定位精度高
　　一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5ｍｍ＋1ｐｐｍ，而紅外儀標(biāo)稱精度為5ｍｍ＋5ｐｐｍ，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。量實(shí)驗(yàn)證明，在小于50公里的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12×，而在100-500公里的基線上可達(dá)～。
　　（3）觀測(cè)時(shí)間短
　　小于20公里的短基線上，快速相對(duì)定位一般只需5分鐘觀測(cè)時(shí)間即可
　　（4）提供三維坐標(biāo)
　　GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。
　　（5）操作簡(jiǎn)便
　　GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)是安裝并開(kāi)關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。
　　（6）全天候作業(yè)
　　GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。
　　２GPS系統(tǒng)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用
　　公路路線一般處在一條帶狀走廊內(nèi)。其平面控制測(cè)量往往采用導(dǎo)線形式，這包括附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線等導(dǎo)線網(wǎng)形式。對(duì)于重要構(gòu)造物如大橋、特大橋、長(zhǎng)大隧道等，也有布設(shè)成三角網(wǎng)、線形鎖等形式。
　　２．１常規(guī)測(cè)量方法的缺陷
　　（1）規(guī)范對(duì)附合導(dǎo)線長(zhǎng)、閉合導(dǎo)線長(zhǎng)及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線間長(zhǎng)度等有嚴(yán)格規(guī)定，一般對(duì)于高等級(jí)公路均要求達(dá)到一級(jí)導(dǎo)線要求。這樣，導(dǎo)線附合或閉合長(zhǎng)度最長(zhǎng)不得超過(guò)10公里，結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)間距不能超過(guò)附合導(dǎo)線長(zhǎng)度的0.7倍。這種要求一般在實(shí)際作業(yè)中難以達(dá)到，往往出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)。
　　（2）搜集到的用于路線測(cè)量控制的起算點(diǎn)間一般很難保證為同一測(cè)量系統(tǒng)，往往國(guó)測(cè)、軍測(cè)、城市控制點(diǎn)混雜一起，這就存在系統(tǒng)間的兼容性問(wèn)題，如果用不兼容的起算點(diǎn)，勢(shì)必影響測(cè)量質(zhì)量。
　　（3）國(guó)家大地點(diǎn)破壞嚴(yán)重，影響測(cè)量作業(yè)。由于國(guó)家基礎(chǔ)控制點(diǎn)，大多為五六十年代完成，經(jīng)過(guò)30多年，有些點(diǎn)由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要被破壞，有些點(diǎn)則由于人們?nèi)狈χ�識(shí)遭人為破壞。在這些地區(qū)進(jìn)行路線測(cè)量作業(yè)，往往在50公里以上均找不到導(dǎo)線的聯(lián)測(cè)點(diǎn)。這樣路線控制測(cè)量的質(zhì)量得不到保證。
　　（4）地面通視困難往往影響常規(guī)測(cè)量的實(shí)施。一般路線的控制點(diǎn)要求布設(shè)在距路線的300米范圍內(nèi)。由于通視的原因，這一條件難以滿足，甚至在大范圍密林、密灌及青紗帳地區(qū)，根本無(wú)法實(shí)施常規(guī)控制測(cè)量。利用GPS測(cè)量能克服上述列舉的缺陷，并提高作業(yè)的效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了高等級(jí)公路測(cè)設(shè)質(zhì)量。
　　２．２GPS測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用
　　現(xiàn)以一實(shí)際施工為例，該市公路工程全線長(zhǎng)約60km，所處地形為重丘區(qū)，路線設(shè)計(jì)為6車道。該段有11個(gè)各種系統(tǒng)的平面控制點(diǎn)，找到了7個(gè)，其中有4個(gè)被破壞，破壞中有2個(gè)是國(guó)家Ⅱ等點(diǎn)。在已找出的7個(gè)控制點(diǎn)中，國(guó)家測(cè)繪局系統(tǒng)Ⅰ等點(diǎn)1個(gè)，Ⅲ等點(diǎn)1個(gè)；城市測(cè)量系統(tǒng)點(diǎn)2個(gè)；總參軍控點(diǎn)3個(gè)。這些平面控制點(diǎn)分屬不同測(cè)量系統(tǒng)，且等級(jí)不同。為提高該公路路段測(cè)設(shè)質(zhì)量，決定在國(guó)家測(cè)繪系統(tǒng)基礎(chǔ)進(jìn)行控制點(diǎn)的加密。加密的控制點(diǎn)布設(shè)方案是：沿公路路線每10ｋｍ布設(shè)一對(duì)點(diǎn)，該對(duì)點(diǎn)相距約1ｋｍ，且應(yīng)通視良好。這樣，該段共設(shè)了6對(duì)GPS加密點(diǎn)，加密點(diǎn)的精度要達(dá)到四等控制網(wǎng)的要求。該四等網(wǎng)采用4臺(tái)Trimblese400單頻接收機(jī)作業(yè)。該機(jī)的標(biāo)稱精度10ｍｍ＋2ppm。四等網(wǎng)的觀測(cè)時(shí)間為90min。數(shù)據(jù)采樣間隔為15ｓ。通過(guò)平差處理，該四等網(wǎng)最弱點(diǎn)位中誤差為4.11ｃｍ，平均點(diǎn)位中誤差3.18ｃｍ，最弱邊相對(duì)中誤差１／27669，平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差１／453578。整個(gè)四等網(wǎng)作業(yè)僅花4ｄ時(shí)間。其效率較常規(guī)測(cè)量手段至少提高3倍。經(jīng)過(guò)平差處理，網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為4.13ｃｍ，最弱邊相對(duì)中誤差為1／12.5萬(wàn)。控制網(wǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)家四等網(wǎng)的技術(shù)要求。近600ｋｍ的GPS控制網(wǎng)，僅用兩個(gè)外業(yè)組，10個(gè)作業(yè)員，7臺(tái)GPS接收機(jī)，約20ｄ的作業(yè)時(shí)間。若采用常規(guī)測(cè)量方法在相同人手的情況下，至少需要三個(gè)月的時(shí)間才能完成。
　　３ＧＰＳ在公路工程的控制測(cè)量上的發(fā)展前景
　　公路工程的測(cè)量主要應(yīng)用了GPS的兩大功能：靜態(tài)功能和動(dòng)態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過(guò)接收到的衛(wèi)星信息，確定地面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)；動(dòng)態(tài)功能是通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)，把已知的三維坐標(biāo)點(diǎn)位，實(shí)地放樣地面上。通過(guò)以上對(duì)GPS測(cè)量的應(yīng)用事例的探討，可以看出GPS在公路工程的控制測(cè)量上具有很大的發(fā)展前景。
　　(1)GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。
　　(2)GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。
　　(3)GPSRTK技術(shù)將徹底改變公路測(cè)量模式。RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等。
　　(4)GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。
　　(5)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。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難，GPS高程測(cè)量無(wú)疑是一種有效的手段。
　　
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