浅谈华测GPS在道路测量中的应用研究

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摘 要：大量交通基础建设的投入以及工程项日技术难度的增加，为更好适应公路勘测的新要求，提高作业效率与精度、降低成本。文章介绍了GPS作业的几种模式和它们之间的对比，然后以桦林大街项目为例，阐述了道路键入和放样的方法，并完成断面图的测绘。

关键词：公路测量；GPS作业模式；计算土方量

1 基本定位原理

GPS定位是以GPS卫星和用户接收天线之间的距离为基本观测量，根据已知的卫星瞬时坐标，确定用户天线所对应的位置，其实质是空间距离后方交会。在一个测站上只需3个独立距离观测量。GPS采用的是时差测距原理，即通过测量GPS信号从卫星传播到用户接收机的时间差计算距离，由于卫星钟与用户接收机钟不同步，因此，观测的测站至卫星间的距离称为伪距。卫星钟差可以通过卫星导航电文提供的钟差参数修正，接收机钟差难以预先准确确定，可将其作为未知参数与观测站坐标在数据处理中一并解出。在一个测站上，除了三个待定位置参数外，还需要增加一个接收机钟差参数，因而至少应有4个同步伪距观测量，即至少必须同步观测4颗GPS卫星[4]。

2 GPS控制网设计

2.1 GPS控制网的基本原则

测区有旧的地面控制点成果时，应既考虑充分利用旧资料，又要使新建的高精度GPS控制网不受旧资料精度较低的影响。为此，应将新的GPS网与旧控制点进行联测，联测点一般不应少于3个。GPS在选点时应满足点位周围应便于安置天线和GPS接收机。视野开阔，视场内周围障碍物的高度角一般应小于15度；点位应远离大功率无线电发射源及高压电线，以避免周围磁场对信号的干扰；点位周围不应有对电磁波反射（或吸收）强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；点位应选在交通方便的地方，以提高作业效率；选定点位时，应考虑便于用其它测量手段联测和扩展；点位应选在地面基础坚固的地方，以便于保存。

2.2 GPS建网流程

公路勘测首级平面控制网的任务是根据线路的基本走向布设控制点。《公路全球定位系统（GPS）测量规范》规定：GPS控制网作为公路工程项目的首级控制网，应每隔5km左右布设一对相互通视的GPS控制点，布网流程如图1。

图1 布网流程图

3 GPS的作业模式及其对比

3.1 双星和单星GPS

本次设计在桦林大街项目中，使用华测X91和X90GPS进行测量，并比较单、双星系统的不同。华测GPS-X91是双星系统能够同时搜索GPS和GLONASS卫星信号，其可见卫星数多，改善空间卫星的几何图形条件，在测量树林等地方还能够保持收到8颗左右的卫星信号，能够进行固定、测量，而单星系统的GPS只能接收到2、3颗卫星，很难固定。由此可以展示出双星系统的优势。

3.2 GPS的作业模式

3.2.1 电台模式

电台模式RTK操作方便，初始化时间短。但是电台在山区、丘陵和无线电干扰较大的地方辐射范围小，使基准站控制范围大大减小。另外，电台架设不方便，需在地势较高地方架设以提高作业半径，不同的测区需要不同的参数，基准站的架设次数也随之增加。

3.2.2 网络模式

网络模式相对于电台模式作业距离大大增加，而且测量时不在需要电台，更加方便以及提高工作效率。但是初始化时间相较于电台模式略长，而且初始化时间随着测量距离的增加而增加；测量精度随着测量距离的增加而降低。

3.2.3 CORS站

CORS站使RTK的作业距离不再受限制，也不需要进行繁琐的点校正过程，另外由于消弱了对流层、电离层的误差和随距离逐渐增加的比例误差， CORS较与其他模式测量精度更加可靠。但是CORS需要花费大量的资金和精力去建设和维护。

4 GPS-RTK点校正

以华测X90GPS仪器为例进行点校正，先点击测量-点校正；选择增加；网格点名称选之前键入的“当地平面坐标”；GPS点名称选输入的或实地测出相对已知点的“WGS84坐标”（GPS的测量结果就是WGS84坐标，但能得到当地坐标是手簿软件完成的）；校正方法一般选择“水平与垂直”；然后确定。用几个点进行“校正”就用同样的方法增加几次，最后选择计算，即把点校正后所得的参数应用于当前任务。点校正的目的就是求WGS84坐标到当地坐标的转换参数（WGS84坐标转换到当地坐标系的转换参数，包括7参数和3参数，用户如果有当地的7参数可直接输入则不需点校正）。

5 道路键入

一条完整的道路由下面部分组成：直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线，道路的桩号根据所创建元素长度自动累加，下面以这个顺序创建一条道路：

（1）新建元素选择直线，输入新建道路名称或使用默认的Road0001‘接受，选中水平定线’编辑，进入道路编辑界面。新建后就可根据提示添写道路已知元素来创建道路。起始桩号是根据所要放样的里程输入；方法有键入坐标和选择点两种：键入坐标法则只需在起始北和起始东的文本框里输入坐标即可；选择点法可以选择已经采集或键入的点，桩号间隔则根据工程需要自行设定，设置好并检查无误后选择存储，即把道路的直线段创建好了。

（2）新建创建缓和曲线，输入设计的方位角（起点切线的方位角，且默认值为上段直线的方位角，方位角是不需要输的，即直线的方位角就是缓和曲线起点切线的方位角）；再选择直缓曲线或缓直曲线（当然按顺序为直缓曲线，即由直线转为缓和曲线）；然后输入缓和曲线的弧段方向和半径（半径是圆曲线的半径）、长度（这段缓和曲线弧的长度）来确定要创建的缓和曲线。

（3）新建创建一条弧线，则要先输入设计的方位角（和上面所说意义相同，一般为默认值），再选择创建方法，创建的方法有三种分别是弧长和半径、角度变化量（圆心角）和半径、偏角和长度（偏角和长度即弧长），选择后可根据提示在相应的位置中输入数值，再选择弧段方向。

6 带状地形图测绘

RTK因其工作效率高、定位精度高、全天候作业、RTK测量自动化、操作简单。一台主站架设在已知控制点，设置好基准站，可几台流动站同时作业，绘图人员可以很直观地了解整个测区的地形及地貌，避免了以往全站仪测量离测站较远时，镜站人员形容不当可能造成的绘制错误。所有数据全部存储在与流动站连接的测量手簿中，避免了以往读数、听数、记数过程中可能发生的差错，保证了数据采集的正确性，为今后断面测量、土方量的计算打下良好基础。

7 结束语

本文以桦林大街为依托，介绍了GPS在公路工程测量中应用的过程。本设计从GPS测量出发，研究了GPS的定位原理，阐述了GPS在公路初测和定测中的应用。控制网的精度越高，桦林大街的主置就更精确。GPS的工作模式及它们之间的对比；放样的结果是得到是地上的标桩，标桩在哪里，施工队伍就在哪里进行施工。如果放样出现误差、错误就将造成极大的损失。本文所述方法提高工作效率、减少作业时间、同时保证测量要求精度。

参考文献

[1]雒应.GPS全球定位系统在公路路线控制测量中的应用研究[D].长安大学，2000.

[2]李国文，尹力，张东东.浅谈现代测绘技术在公路勘测中的应用[J].民营科技，2011（2）：2～4.