GPS技術(shù)概述及其在公路工程中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：GPS；測(cè)量；公路工程

GPS測(cè)量技術(shù)是一種基于GPS技術(shù)的工程測(cè)量方法。工程測(cè)量涵蓋項(xiàng)目建設(shè)的設(shè)計(jì)階段，施工階段和管理階段，在工程項(xiàng)目建設(shè)中占據(jù)著很重要的地位。此外，它對(duì)測(cè)量方法有很高的要求，必須具有高精度。

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

GPS系統(tǒng)中工作的衛(wèi)星有二十一顆，備用衛(wèi)星有三顆，這些衛(wèi)星都很有規(guī)律運(yùn)行在六個(gè)軌道之中，高度平均在20200千米范圍內(nèi)，平面和軌道之間產(chǎn)生的夾角在55度。其中衛(wèi)星可以不間斷的給使用者發(fā)送定位的相關(guān)信號(hào)，根據(jù)他所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以看出，衛(wèi)星是一個(gè)能夠移動(dòng)的點(diǎn)，在世界上任何的地方，任何的時(shí)間，只要觀察的高度角大于15度就能夠很清楚的看見(jiàn)六顆衛(wèi)星。

2.2工作原理

通常情況下，在地面中都會(huì)有衛(wèi)星監(jiān)控站，衛(wèi)星監(jiān)控站的組成主要包括一個(gè)主站，五個(gè)監(jiān)測(cè)站，三個(gè)注入站，五個(gè)檢測(cè)站會(huì)隨時(shí)的把監(jiān)控到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站，然后主站在把這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)科學(xué)的分析處理。在分析處理完成之后再把這些數(shù)據(jù)傳輸在儲(chǔ)存器中進(jìn)行儲(chǔ)存。相關(guān)的GPS設(shè)備主要有處理設(shè)備，檢測(cè)設(shè)備以及接收設(shè)備。接受設(shè)備在快速的接收到信號(hào)之后再把信號(hào)放大傳入到計(jì)算機(jī)中，快速的找到GPS接收器所在的位置。

2.3技術(shù)特點(diǎn)

GPS技術(shù)有著很多的特點(diǎn)，下面對(duì)他幾個(gè)主要的特點(diǎn)做以簡(jiǎn)單的介紹;（1）不受限，不管在什么地方，什么時(shí)間都能夠全面的檢測(cè)到，其主要的原因是由于在近地面中設(shè)置的衛(wèi)星能夠覆蓋到地球中所有的地方，通常情況下，在任何一條公路上，在任何的地方都能夠在同一時(shí)間觀察到四顆偵察衛(wèi)星，所以在進(jìn)行定位的過(guò)程中不會(huì)受到位置和時(shí)間的限定。（2）不會(huì)受到自然環(huán)境的影響。在工程測(cè)量中，以前使用的比較傳統(tǒng)的測(cè)量方式，在天氣環(huán)境比較惡略的情況下會(huì)很容易被影響，沒(méi)有辦法保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和測(cè)量人員的安全，但是現(xiàn)的GPS技術(shù)很好的避免了此類的問(wèn)題，縱使在自然環(huán)境，或是天氣狀況很糟糕的情況下依舊可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，讓測(cè)量人員能夠在足夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量任務(wù)。（3）節(jié)省時(shí)間，在工程測(cè)量中使用GPS技術(shù)早操作上非常的方便，從而節(jié)省了大量的時(shí)間，在目前公路測(cè)量的過(guò)程中，使用GPS技術(shù)可以在很短的工作時(shí)間內(nèi)就能夠測(cè)量出大量的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行使用。除此之外，當(dāng)今社會(huì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速的發(fā)展，很大程度上優(yōu)化了GPS技術(shù)的使用，在只能平臺(tái)的推動(dòng)下，有些相關(guān)的設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了傻瓜操作，參與測(cè)繪的工作人員只需要把設(shè)備安放到需要測(cè)量的地方，儀器就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，工作人員只需要做好后期的養(yǎng)護(hù)與維修。2.4GPS應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析GPS的使用可以很大程度上對(duì)工作效率進(jìn)行提高，為工程建設(shè)提供更多的數(shù)據(jù)。比如在一個(gè)比例尺在1：1000的一個(gè)航測(cè)工程中，由于需要在很短的時(shí)間內(nèi)完成工作，在原有的工作計(jì)劃中使用現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，此項(xiàng)測(cè)量工作很難再規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。如果再此項(xiàng)測(cè)量中使用GPS技術(shù)，使用4個(gè)GPS接收器，2個(gè)水準(zhǔn)儀，1套GPS-RTK，組織14名測(cè)量人員，花費(fèi)4天時(shí)間完成外業(yè)測(cè)量，花費(fèi)1天時(shí)間完成數(shù)據(jù)處理。如果您遵循傳統(tǒng)的測(cè)量方法，則需要大約10天。由此能夠看出GPS的應(yīng)用，有著較大的優(yōu)勢(shì)。

在日益復(fù)雜的GPS技術(shù)和不斷發(fā)展的接收機(jī)環(huán)境的影響下，GPS被廣泛應(yīng)用于測(cè)量和定位領(lǐng)域。測(cè)量方法因各個(gè)領(lǐng)域和用戶的不同而不同。一般情況下，GPS測(cè)量模式分為動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量，而動(dòng)態(tài)測(cè)量模式則分為動(dòng)態(tài)測(cè)量模式（后處理動(dòng)態(tài)，“走走停停”和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式（DGPS和RTK），靜態(tài)測(cè)量模式分為常規(guī)靜態(tài)測(cè)量模式和快速靜態(tài)測(cè)量模式。

3.1常規(guī)靜態(tài)測(cè)量

通常情況下動(dòng)態(tài)靜態(tài)測(cè)量是一種比價(jià)傳統(tǒng)的測(cè)量方法，這種方法，由于諸如基線的長(zhǎng)度和測(cè)量水平之類的因素，可以同時(shí)觀察到四顆或更多顆衛(wèi)星。每時(shí)段要觀測(cè)至少45min。傳統(tǒng)靜態(tài)模式下的相對(duì)定位精度可達(dá)到5mm~1ppm。全球或國(guó)家陸地控制網(wǎng)絡(luò)，長(zhǎng)距離校準(zhǔn)基線，地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，該測(cè)量模式主要用于鉆井定位和精密工程控制網(wǎng)絡(luò)，以及島嶼和大陸的聯(lián)合測(cè)試。

3.2快速靜態(tài)測(cè)量

與傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量不同，快速靜態(tài)測(cè)量使用已知的站點(diǎn)并訪問(wèn)GPS接收器作為基站來(lái)連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)的衛(wèi)星。接收器應(yīng)對(duì)應(yīng)于每個(gè)待測(cè)站，每個(gè)站的觀察時(shí)間為幾分鐘。預(yù)防措施是確保觀察到超過(guò)5顆衛(wèi)星。快速靜態(tài)測(cè)量用于建立控制網(wǎng)絡(luò)及其加密，工程測(cè)量和地籍測(cè)量。

3.3準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量

準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量與快速靜態(tài)測(cè)量有一些共同之處。也有著很大的差異，其中最大的差異就是在準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量是在接收機(jī)初始完成之后才開(kāi)始測(cè)量的，要映射到每個(gè)站和每個(gè)站Cece幾個(gè)觀測(cè)時(shí)期數(shù)據(jù)，另外，為了確保移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)期間不會(huì)丟失鎖定，有必要在已知點(diǎn)采取措施進(jìn)行初始化（除非使用啟用OTF的軟件時(shí)）。此模式可用于開(kāi)放區(qū)域中的加密控制測(cè)量，輪廓測(cè)量，線路測(cè)量，工程定位和碎片測(cè)量。需要注意的事項(xiàng)也與快速靜態(tài)測(cè)量一致。

3.4連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量

連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量與準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量基本相同。流式接收器在初始化后開(kāi)始連續(xù)運(yùn)動(dòng)，需要定期自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。比如，在對(duì)在對(duì)移動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，公路中線測(cè)量確定，公路輪廓測(cè)量以及隧道的測(cè)量中都可以使用連續(xù)測(cè)量的方式，這樣會(huì)使得測(cè)量的準(zhǔn)確性更高。

4.1靜態(tài)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用研究

（1）勘察路線和選擇GPS地址。測(cè)量時(shí)，需要工程人員初步勘察此條路線的走向，再細(xì)心觀察選擇沿線，最好結(jié)合附近路線GPS高等級(jí)站點(diǎn)的位置信息，最后確定GPS站點(diǎn)的具體位置。（2）設(shè)計(jì)科學(xué)合理的GPS站點(diǎn)控制網(wǎng)。在運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)待建道路的坡度，沿線地形，衛(wèi)星定位，精度要求，全面設(shè)計(jì)科學(xué)合理的GPS控制網(wǎng)絡(luò)。（3）選擇合適的GPS站點(diǎn)和埋石。按照有關(guān)參數(shù)說(shuō)明及技術(shù)要求選擇合適的、能夠有利于使用其他方法進(jìn)一步擴(kuò)展和聯(lián)系的GPS站點(diǎn)。（4）安裝測(cè)量?jī)x器進(jìn)行觀測(cè)。觀察每個(gè)點(diǎn)的衛(wèi)星數(shù)量是否符合規(guī)定要求。在外作業(yè)觀察時(shí)，要求觀測(cè)時(shí)間不小于半小時(shí)，觀測(cè)到的有效衛(wèi)星數(shù)量多于4個(gè)。（5）處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。觀測(cè)作業(yè)結(jié)束后，將GPS觀測(cè)到的數(shù)據(jù)依次輸入計(jì)算機(jī)，利用軟件處理分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量。（6）將GPS控制網(wǎng)加密。第一步是加密第一級(jí)GPS控制網(wǎng)絡(luò)。其次要確保分段線路的每段附和導(dǎo)線都把GPS點(diǎn)作為起始和終止點(diǎn)。（7）用計(jì)算機(jī)計(jì)算出此條線路的導(dǎo)線坐標(biāo)和平差。

4.2RTK技術(shù)的應(yīng)用

（1）靜態(tài)定位，靜態(tài)定位測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中，必須確保每個(gè)測(cè)量站都有一個(gè)GPS接收器。并且在測(cè)量過(guò)程中，接收器同步接收衛(wèi)星和基站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測(cè)得的三維數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算�？梢酝Ｖ箿y(cè)量，直到測(cè)量精度滿足測(cè)量要求。這種測(cè)量方法主要用于加密控制網(wǎng)絡(luò)，如果在測(cè)量過(guò)程中采用原始測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，它會(huì)受到許多外部因素的影響，在一些條件惡劣的地區(qū)不可能有效地進(jìn)行測(cè)量。使用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量可以有效地避免這些問(wèn)題，并確保準(zhǔn)確可靠的測(cè)量結(jié)果。（2）動(dòng)態(tài)定位。在觀察完成之后，執(zhí)行安裝之前設(shè)置的觀察處理，然后執(zhí)行自動(dòng)觀察。觀察結(jié)果與基站數(shù)據(jù)同步，以獲得準(zhǔn)確的采樣點(diǎn)位置。目前，應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)獲得的測(cè)量結(jié)果非常準(zhǔn)確，可以精確到厘米級(jí)。在公路工程施工過(guò)程中，動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)地形圖的繪制和橫截面的測(cè)量，也可以有效地測(cè)量中樁。（3）大型地形圖的繪圖。然后，放置經(jīng)緯儀或全站儀，并結(jié)合小平面映射進(jìn)行破碎部分的測(cè)量。最后，繪制一個(gè)大比例的地形圖。必須在工作站和斷點(diǎn)之間看到傳統(tǒng)的測(cè)試站。這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗時(shí)長(zhǎng)，速度慢。然而，使用現(xiàn)代GPSRTK技術(shù)測(cè)量，僅需要一個(gè)人和一個(gè)儀器，并且在幾秒鐘內(nèi)，可以獲得斷點(diǎn)的高范圍和坐標(biāo)。輸入要素代碼并返回房間以使用繪圖軟件快速映射。（4）道路選擇和中線鉚接。按照勘測(cè)設(shè)計(jì)的規(guī)章制度行事。為了使中線選擇符合要求并確保高速公路中心線的準(zhǔn)確性，可以使用RTK技術(shù)。使用RTK接收器作為流動(dòng)站，收集一定距離的數(shù)據(jù)并使用另一個(gè)已知的控制點(diǎn)作為參考。準(zhǔn)確定位重要材料，將獲得的數(shù)據(jù)輸入接收器，然后使用CAD繪圖軟件選擇線。放樣是采取一些措施并使用儀器來(lái)校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的破碎部件。

綜上所述，在公路工程中GPS技術(shù)具有著很高的使用價(jià)值，同時(shí)在各行各業(yè)中都有著很好的發(fā)展前景，本小節(jié)就這對(duì)于在公路工程測(cè)量過(guò)程中GPS技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)做以簡(jiǎn)單的總結(jié)：（1）GPS技術(shù)在使用上具有較高的精密度，日常的自然環(huán)境很少會(huì)影響到GPS技術(shù)的使用，因此，在一些環(huán)境比較惡略的地區(qū)，使用該技術(shù)也照常能夠?yàn)槲覀兊牡募夹g(shù)人員提供較為精確的數(shù)據(jù)資料。（2）方便操作，讓測(cè)量工作的工作效率有所提高，使得測(cè)量工作變的更加的簡(jiǎn)單，操作流程變的更加的簡(jiǎn)潔，減少了工作人員的工作量，除此之外，GPS技術(shù)檢測(cè)的精度還非常的高，同時(shí)人為不會(huì)對(duì)檢測(cè)的精度產(chǎn)生影響，減少錯(cuò)誤的產(chǎn)生，整個(gè)工程檢測(cè)的過(guò)程都是自動(dòng)化操作，工作人員只需要進(jìn)行準(zhǔn)確的安裝以及后期的維修與養(yǎng)護(hù)。（3）在公路工程測(cè)量中使用GPSRTK技術(shù)很大程度上改變了工程測(cè)量工作的工作方法，工組人員可以通過(guò)這項(xiàng)測(cè)量技術(shù)得到測(cè)量位置的三維坐標(biāo)，更加額便于觀察，合理的使用在路線測(cè)量和隧道測(cè)量。提高現(xiàn)場(chǎng)放樣的實(shí)施，簡(jiǎn)化了工作的內(nèi)容以及錯(cuò)誤的出現(xiàn)。（4）使用CPS技術(shù)可以讓工作人員更加的輕松，很大程度上減少了測(cè)量工作人員的工作量，進(jìn)一步提高工程的工作效率，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，現(xiàn)在所使用的GPS測(cè)量技術(shù)在工作效率比以往測(cè)量的工作效率高出了三倍以上，這樣有利于對(duì)工程進(jìn)度的跟進(jìn)，減少工期的長(zhǎng)度。（5）從使用的情況可以看出，GPS高精度高程測(cè)量與平面測(cè)量具有一樣的結(jié)果。在GPS測(cè)量范圍內(nèi)這兩種測(cè)量方式都是比較重要的。最近幾年，在中國(guó)很多的丘陵地帶，山區(qū)都開(kāi)始修建公路，在這些地區(qū)的地理環(huán)境，天氣環(huán)境跟平原地區(qū)相比具有一定的額復(fù)雜性，平常的工程中使用的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)滿足不了工程的需要，所以，在這種環(huán)境下相關(guān)的工作人員需要足夠的重視對(duì)GPS高程測(cè)量技術(shù)的使用。

6.1測(cè)區(qū)概況

本文以林蔭大道項(xiàng)目為例。南昌“五縱三橫”城市快速路網(wǎng)南二環(huán)高速公路規(guī)劃。這一次，某條道路的設(shè)計(jì)從東部的洛社路開(kāi)始，到達(dá)西部的東東大道。該區(qū)域整體地勢(shì)西高東底，北高南底，最高地勢(shì)為30.7m左右，最底地勢(shì)為13m。

6.2作業(yè)流程

首先根據(jù)工程進(jìn)行工程控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行選點(diǎn)埋石，按照規(guī)定的準(zhǔn)則進(jìn)行觀察測(cè)量，根據(jù)觀測(cè)到時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)觀測(cè)的準(zhǔn)確度進(jìn)行評(píng)定，最后在對(duì)處理觀測(cè)到的結(jié)果，進(jìn)行施工放樣。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和質(zhì)量控制中，根據(jù)不同的調(diào)查階段（可行性研究階段，初步調(diào)查階段，詳細(xì)調(diào)查階段，繪圖施工圖階段），采取不同的勘察方法完成。

在公路測(cè)量中使用GPS測(cè)量技術(shù)促使了公路測(cè)量的快速發(fā)展，同時(shí)也得到了相關(guān)工作人員的認(rèn)同，使用GPS測(cè)量技術(shù)可以提高測(cè)量的精準(zhǔn)度，同時(shí)還不會(huì)受到自然環(huán)境的影響，通常情況下使用在地形比較復(fù)雜的山路中。很大程度的節(jié)省工作時(shí)間，減少工作人員的工作量，減少工作中錯(cuò)誤的產(chǎn)生，以便于對(duì)工作的質(zhì)量和效率進(jìn)行提高，根據(jù)以往統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以看吃，再公路工程中使用GPS測(cè)量技術(shù)之后工作效率與以前相比高了三倍，在建設(shè)山區(qū)公路時(shí)需要合理的考慮到地形地貌以及天氣環(huán)境，因此在山路建設(shè)中使用GPS技術(shù)是最好的選擇。