GPS技术概述及其在公路工程中的应用

关键词：GPS；测量；公路工程

GPS测量技术是一种基于GPS技术的工程测量方法。工程测量涵盖项目建设的设计阶段，施工阶段和管理阶段，在工程项目建设中占据着很重要的地位。此外，它对测量方法有很高的要求，必须具有高精度。

2.1系统构成

GPS系统中工作的卫星有二十一颗，备用卫星有三颗，这些卫星都很有规律运行在六个轨道之中，高度平均在20200千米范围内，平面和轨道之间产生的夹角在55度。其中卫星可以不间断的给使用者发送定位的相关信号，根据他所产生的数据可以看出，卫星是一个能够移动的点，在世界上任何的地方，任何的时间，只要观察的高度角大于15度就能够很清楚的看见六颗卫星。

2.2工作原理

通常情况下，在地面中都会有卫星监控站，卫星监控站的组成主要包括一个主站，五个监测站，三个注入站，五个检测站会随时的把监控到的数据发送给主站，然后主站在把这些数据经过科学的分析处理。在分析处理完成之后再把这些数据传输在储存器中进行储存。相关的GPS设备主要有处理设备，检测设备以及接收设备。接受设备在快速的接收到信号之后再把信号放大传入到计算机中，快速的找到GPS接收器所在的位置。

2.3技术特点

GPS技术有着很多的特点，下面对他几个主要的特点做以简单的介绍;（1）不受限，不管在什么地方，什么时间都能够全面的检测到，其主要的原因是由于在近地面中设置的卫星能够覆盖到地球中所有的地方，通常情况下，在任何一条公路上，在任何的地方都能够在同一时间观察到四颗侦察卫星，所以在进行定位的过程中不会受到位置和时间的限定。（2）不会受到自然环境的影响。在工程测量中，以前使用的比较传统的测量方式，在天气环境比较恶略的情况下会很容易被影响，没有办法保证测量的准确性和测量人员的安全，但是现的GPS技术很好的避免了此类的问题，纵使在自然环境，或是天气状况很糟糕的情况下依旧可以进行准确的测量，让测量人员能够在足够在规定的时间内完成测量任务。（3）节省时间，在工程测量中使用GPS技术早操作上非常的方便，从而节省了大量的时间，在目前公路测量的过程中，使用GPS技术可以在很短的工作时间内就能够测量出大量的数据来进行使用。除此之外，当今社会互联网技术快速的发展，很大程度上优化了GPS技术的使用，在只能平台的推动下，有些相关的设备已经实现了傻瓜操作，参与测绘的工作人员只需要把设备安放到需要测量的地方，仪器就会自动进行测量，工作人员只需要做好后期的养护与维修。2.4GPS应用优势分析GPS的使用可以很大程度上对工作效率进行提高，为工程建设提供更多的数据。比如在一个比例尺在1：1000的一个航测工程中，由于需要在很短的时间内完成工作，在原有的工作计划中使用现有的测量设备，此项测量工作很难再规定时间内完成。如果再此项测量中使用GPS技术，使用4个GPS接收器，2个水准仪，1套GPS-RTK，组织14名测量人员，花费4天时间完成外业测量，花费1天时间完成数据处理。如果您遵循传统的测量方法，则需要大约10天。由此能够看出GPS的应用，有着较大的优势。

在日益复杂的GPS技术和不断发展的接收机环境的影响下，GPS被广泛应用于测量和定位领域。测量方法因各个领域和用户的不同而不同。一般情况下，GPS测量模式分为动态测量和静态测量，而动态测量模式则分为动态测量模式（后处理动态，“走走停停”和实时动态测量模式（DGPS和RTK），静态测量模式分为常规静态测量模式和快速静态测量模式。

3.1常规静态测量

通常情况下动态静态测量是一种比价传统的测量方法，这种方法，由于诸如基线的长度和测量水平之类的因素，可以同时观察到四颗或更多颗卫星。每时段要观测至少45min。传统静态模式下的相对定位精度可达到5mm~1ppm。全球或国家陆地控制网络，长距离校准基线，地壳运动监测网络，该测量模式主要用于钻井定位和精密工程控制网络，以及岛屿和大陆的联合测试。

3.2快速静态测量

与传统的静态测量不同，快速静态测量使用已知的站点并访问GPS接收器作为基站来连续跟踪所有可见的卫星。接收器应对应于每个待测站，每个站的观察时间为几分钟。预防措施是确保观察到超过5颗卫星。快速静态测量用于建立控制网络及其加密，工程测量和地籍测量。

3.3准动态测量

准动态测量与快速静态测量有一些共同之处。也有着很大的差异，其中最大的差异就是在准动态测量是在接收机初始完成之后才开始测量的，要映射到每个站和每个站Cece几个观测时期数据，另外，为了确保移动台在移动期间不会丢失锁定，有必要在已知点采取措施进行初始化（除非使用启用OTF的软件时）。此模式可用于开放区域中的加密控制测量，轮廓测量，线路测量，工程定位和碎片测量。需要注意的事项也与快速静态测量一致。

3.4连续动态测量

连续动态测量与准动态测量基本相同。流式接收器在初始化后开始连续运动，需要定期自动记录数据。比如，在对在对移动的目标进行精准测量，公路中线测量确定，公路轮廓测量以及隧道的测量中都可以使用连续测量的方式，这样会使得测量的准确性更高。

4.1静态测量技术的应用研究

（1）勘察路线和选择GPS地址。测量时，需要工程人员初步勘察此条路线的走向，再细心观察选择沿线，最好结合附近路线GPS高等级站点的位置信息，最后确定GPS站点的具体位置。（2）设计科学合理的GPS站点控制网。在运行过程中，根据待建道路的坡度，沿线地形，卫星定位，精度要求，全面设计科学合理的GPS控制网络。（3）选择合适的GPS站点和埋石。按照有关参数说明及技术要求选择合适的、能够有利于使用其他方法进一步扩展和联系的GPS站点。（4）安装测量仪器进行观测。观察每个点的卫星数量是否符合规定要求。在外作业观察时，要求观测时间不小于半小时，观测到的有效卫星数量多于4个。（5）处理观测数据。观测作业结束后，将GPS观测到的数据依次输入计算机，利用软件处理分析数据的质量。（6）将GPS控制网加密。第一步是加密第一级GPS控制网络。其次要确保分段线路的每段附和导线都把GPS点作为起始和终止点。（7）用计算机计算出此条线路的导线坐标和平差。

4.2RTK技术的应用

（1）静态定位，静态定位测量在测量过程中，必须确保每个测量站都有一个GPS接收器。并且在测量过程中，接收器同步接收卫星和基站的观测数据，然后根据测得的三维数据和位置数据进行计算。可以停止测量，直到测量精度满足测量要求。这种测量方法主要用于加密控制网络，如果在测量过程中采用原始测量方法进行测量，它会受到许多外部因素的影响，在一些条件恶劣的地区不可能有效地进行测量。使用GPS技术进行测量可以有效地避免这些问题，并确保准确可靠的测量结果。（2）动态定位。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。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GPS测量技术获得的测量结果非常准确，可以精确到厘米级。在公路工程施工过程中，动态定位技术的应用可以实现地形图的绘制和横截面的测量，也可以有效地测量中桩。（3）大型地形图的绘图。然后，放置经纬仪或全站仪，并结合小平面映射进行破碎部分的测量。最后，绘制一个大比例的地形图。必须在工作站和断点之间看到传统的测试站。这种方法劳动强度大，耗时长，速度慢。然而，使用现代GPSRTK技术测量，仅需要一个人和一个仪器，并且在几秒钟内，可以获得断点的高范围和坐标。输入要素代码并返回房间以使用绘图软件快速映射。（4）道路选择和中线铆接。按照勘测设计的规章制度行事。为了使中线选择符合要求并确保高速公路中心线的准确性，可以使用RTK技术。使用RTK接收器作为流动站，收集一定距离的数据并使用另一个已知的控制点作为参考。准确定位重要材料，将获得的数据输入接收器，然后使用CAD绘图软件选择线。放样是采取一些措施并使用仪器来校准现场发现的破碎部件。

综上所述，在公路工程中GPS技术具有着很高的使用价值，同时在各行各业中都有着很好的发展前景，本小节就这对于在公路工程测量过程中GPS技术应用的经验做以简单的总结：（1）GPS技术在使用上具有较高的精密度，日常的自然环境很少会影响到GPS技术的使用，因此，在一些环境比较恶略的地区，使用该技术也照常能够为我们的的技术人员提供较为精确的数据资料。（2）方便操作，让测量工作的工作效率有所提高，使得测量工作变的更加的简单，操作流程变的更加的简洁，减少了工作人员的工作量，除此之外，GPS技术检测的精度还非常的高，同时人为不会对检测的精度产生影响，减少错误的产生，整个工程检测的过程都是自动化操作，工作人员只需要进行准确的安装以及后期的维修与养护。（3）在公路工程测量中使用GPSRTK技术很大程度上改变了工程测量工作的工作方法，工组人员可以通过这项测量技术得到测量位置的三维坐标，更加额便于观察，合理的使用在路线测量和隧道测量。提高现场放样的实施，简化了工作的内容以及错误的出现。（4）使用CPS技术可以让工作人员更加的轻松，很大程度上减少了测量工作人员的工作量，进一步提高工程的工作效率，根据以往的工作经验来看，现在所使用的GPS测量技术在工作效率比以往测量的工作效率高出了三倍以上，这样有利于对工程进度的跟进，减少工期的长度。（5）从使用的情况可以看出，GPS高精度高程测量与平面测量具有一样的结果。在GPS测量范围内这两种测量方式都是比较重要的。最近几年，在中国很多的丘陵地带，山区都开始修建公路，在这些地区的地理环境，天气环境跟平原地区相比具有一定的额复杂性，平常的工程中使用的测量技术已经满足不了工程的需要，所以，在这种环境下相关的工作人员需要足够的重视对GPS高程测量技术的使用。

6.1测区概况

本文以林荫大道项目为例。南昌“五纵三横”城市快速路网南二环高速公路规划。这一次，某条道路的设计从东部的洛社路开始，到达西部的东东大道。该区域整体地势西高东底，北高南底，最高地势为30.7m左右，最底地势为13m。

6.2作业流程

首先根据工程进行工程控制网的设计，然后进行选点埋石，按照规定的准则进行观察测量，根据观测到时数据对观测的准确度进行评定，最后在对处理观测到的结果，进行施工放样。在现场调查和质量控制中，根据不同的调查阶段（可行性研究阶段，初步调查阶段，详细调查阶段，绘图施工图阶段），采取不同的勘察方法完成。

在公路测量中使用GPS测量技术促使了公路测量的快速发展，同时也得到了相关工作人员的认同，使用GPS测量技术可以提高测量的精准度，同时还不会受到自然环境的影响，通常情况下使用在地形比较复杂的山路中。很大程度的节省工作时间，减少工作人员的工作量，减少工作中错误的产生，以便于对工作的质量和效率进行提高，根据以往统计的数据可以看吃，再公路工程中使用GPS测量技术之后工作效率与以前相比高了三倍，在建设山区公路时需要合理的考虑到地形地貌以及天气环境，因此在山路建设中使用GPS技术是最好的选择。