GPS在公路测量中的应用

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摘要：gps定位系统作为新形式测量系统，已经在全球各个行业得到广泛应用，在公路工程中也得到了迅速推广。本文阐述GPS在绘制大比例地形图、工程控制测量、公路中线测设、公路纵横断面测量、施工测量和变形观测等公路测量中的应用优势，以及应用前景的展望。

关键词：GPS；公路测量；展望

一、GPS定位原理

GPS卫星定位是利用测距交会的原理确定点位。假设在地面上有三个无线电信号发射台，其坐标为已知，用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法，分别测得接收机至三个发射台的距离d1,d2,d3。只需以三个发射台为球心，以d1,d2,d3为半径做出三个定位球面，既可交会出用户接收机的空间位置。反之利用3颗以上的卫星已知位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置。这就是GPS卫星定位的基本原理一空间距离，后方交会。在GPS定位中，GPS卫星是高速运动的卫星，其坐标值随时间在快速变化着。需要实时的由GPS卫星信号测量出测站点至卫星的距离，实时的由卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的定位。依据测距的原理，其定位原理与方法主要有伪距法定位、载波相位测量定位以及差分GPS定位等。

二、GPS RTK技术在公路测量中的应用

（一）绘制大比例尺地形图

大比例尺（1:1000或1:2000）带状地形图，为高等级公路选线、设计提供了依据，因此为设计人员提供高精度的数字带状地形图十分必要。用传统的方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，再绘制成大比例尺地形图。这种方法难度大、速度慢、花费时间长、效率低。随着测绘科学技术的发展，传统的测图方法正逐步被不断涌现的新仪器、新设备、新技术、新方法所取代。在线路带状地形图测绘时，采用RTK进行碎部点的数据采集，省去建立图根控制这个中间环节，弥补了传统的测图中碎部点必须与测站点通视限制，在碎部点上只需停留一两分钟甚至几秒钟，即可获得该点坐标、高程数据。在遇到无法接收到卫星和无线电信号的村庄、城市内时，用RTK实时测出图根点，使用全站仪配合完成采集工作。这种方法需要采集碎部点的三维坐标和输入属性信息，而且速度快，既省时又省力，大大地克服了测图的难度。如在荷塘大道的测绘中，就采用了这种方法，大大加快了速度。

（二）道路的纵横断面放样和土石方计算

纵横断面放样时、先把需要放样的数据输入到电子手簿中，生成一个施工预放样点的文件，并储存起来，随时可以到现场测量所用;横断面放样时，先确定横断面作业形式（挖、填、半挖半填），然后把横断面设计有关数据输入电子手簿中（边坡坡度、路肩宽度、设计高）也生成一个施工预放样文件，储存起来，并随时到现场测量放样。还可利用软件自动与地面线衔接进行所谓的“载帽”工作，并利用“断面法”进行填挖土方量的计算。用绘图软件还可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。因为所采用的数据都是测绘地形图时采集的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检验复合，这与传统方法相比，既经济又易实现。

（三）道路中线放样

中线测量就是通过直线和曲线的测设，将道路中心线的平面位置具体地标定在现场上，并测定路线的实际里程，它是公路测量中关键性工作，是测绘纵、横断面图和平面图的基础，是公路设计、施工和后续工作的根据。使用RTK技术进行中线测量，不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，而且具有观测时间短，精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面标定出来。采用实时GPS测量时，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度基本相等。高等级公路的路线主要由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，只要先输入各主控点桩号，然后输入起终点的方位角、直线段与缓和曲线的距离、圆曲线的半径，这样就可很轻松地进行放样，而且一切工作均由GPS电子手簿完成。另外，如果需要在直线段和曲线段加桩，只需输入加桩号就行，其余的工作由GPS完成。

三、GPS应用前景展望

1、GPS作业有着极高的精度。它的作业不受距离限制，非常适合于国家大地点破坏严重地区、地形条件困难地区、局部重点工程地区等。

2、GPS测量可以大大提高工作效率及成果质量，它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。

3、GPS PTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。

4、GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量。提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。

5、GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。

总之，GPS技术在公路测量中的应用，特别是RTK技术将彻底改变公路测量模式。它是公路测量的一项革命性的技术革新，它将对传统的作业理念予以更新。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它还可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。因此GPSRTK技术在公路工程建设中有着广阔的应用前景。

参考文献：

[1]国家测绘局，《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001），测绘出版社，2001