摘要：在測(cè)量領(lǐng)域，GPS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。本文將以廣州市的省公路路網(wǎng)項(xiàng)目為例，概略敘述GPS系統(tǒng)在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：GPS測(cè)量，公路工程，應(yīng)用
　　引言
　　隨著GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,測(cè)繪領(lǐng)域的作業(yè)方法更是發(fā)生了歷史性的變革。GPS測(cè)量通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而求定測(cè)量點(diǎn)的空間位置，以其全天候、自動(dòng)化、高精度、高效益等顯著特點(diǎn)贏得了廣大測(cè)繪工作者的信賴，現(xiàn)已成功應(yīng)用于工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、工程變形測(cè)量、資源調(diào)查等諸多領(lǐng)域。
　　在公路工程建設(shè)過(guò)程中，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測(cè)量，為勘測(cè)階段測(cè)繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測(cè)量提供依據(jù)；在施工階段能夠?yàn)闃蛄骸⑺淼澜�立施工控制網(wǎng)，但這僅僅是GPS在公路工程應(yīng)用領(lǐng)域的初級(jí)階段。
　　一、GPS測(cè)量模式
　　隨著GPS技術(shù)的進(jìn)步和接收機(jī)的迅速發(fā)展，GPS在測(cè)量定位領(lǐng)域已得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是，針對(duì)不同的領(lǐng)域和用戶的不同要求，需要采用的具體測(cè)量方法是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，GPS測(cè)量模式可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)煞N模式，而靜態(tài)測(cè)量模式又分常規(guī)靜態(tài)測(cè)量模式和快速靜態(tài)測(cè)量模式，動(dòng)態(tài)測(cè)量模式分準(zhǔn)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，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式分DGPS和RTK方式。下面分別介紹如下：
　　1、常規(guī)靜態(tài)測(cè)量
　　這種模式采用兩臺(tái)(或兩臺(tái)以上)GPS接收機(jī)，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩端，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段根據(jù)基線長(zhǎng)度和測(cè)量等級(jí)觀測(cè)45分鐘以上的時(shí)間。這種模式一般可以達(dá)到5mm十1ppm的相對(duì)定位精度。常規(guī)靜態(tài)測(cè)量常用于建立全球性或國(guó)家級(jí)大地控制網(wǎng)，建立地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、建立長(zhǎng)距離檢校基線、進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。
　　2、快速靜態(tài)測(cè)量
　　這種模式是在一個(gè)已知測(cè)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星。移動(dòng)站接收機(jī)依次到各待測(cè)測(cè)站，每測(cè)站觀測(cè)數(shù)分鐘。這種模式常用于控制網(wǎng)的建立及其加密、工程測(cè)量、地籍測(cè)量等。需要注意的是這種方法要求在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)；流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過(guò)20km。
　　3、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量
　　這種模式是在一個(gè)已知測(cè)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星。移動(dòng)站接收機(jī)在進(jìn)行初始化后依次到各待測(cè)測(cè)站，每測(cè)站觀測(cè)幾個(gè)歷元數(shù)據(jù)。這種方法不同于快速靜態(tài)，除了觀測(cè)時(shí)間不一樣外，它要求移動(dòng)站在搬站過(guò)程中不能失鎖，并且需要先在已知點(diǎn)或用其它方式進(jìn)行初始化（采用有OTF功能的軟件處理時(shí)例外）。這種模式可用于開(kāi)闊地區(qū)的加密控制測(cè)量、工程定位及碎部測(cè)量、剖面測(cè)量及線路測(cè)量等。需要注意的是這種方法要求在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)；流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過(guò)20km。
　　另外，有一種連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量，也屬于這種模式。這種測(cè)量是在一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星。流動(dòng)接收機(jī)在初始化后開(kāi)始連續(xù)運(yùn)動(dòng)，并按指定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。這種方法常用于精密測(cè)定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的軌跡、測(cè)定道路的中心線、剖面測(cè)量、航道測(cè)量等。
　　4、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量：DGPS和RTK
　　前面講述的測(cè)量方法都是在采集完數(shù)據(jù)后用特定的后處理軟件進(jìn)行處理，然后才能得到精度較高的測(cè)量結(jié)果。而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量則是實(shí)時(shí)得到高精度的測(cè)量結(jié)果。這種模式具體方法是：在一個(gè)已知測(cè)站上架設(shè)GPS基準(zhǔn)站接收機(jī)和數(shù)據(jù)鏈，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星，并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈向移動(dòng)站發(fā)送數(shù)據(jù)。移動(dòng)站接收機(jī)通過(guò)移動(dòng)站數(shù)據(jù)鏈接收基準(zhǔn)站發(fā)射來(lái)的數(shù)據(jù)，并在機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)時(shí)得到移動(dòng)站的高精度位置。
　　DGPS通常叫做實(shí)時(shí)差分測(cè)量，精度為亞米級(jí)到米級(jí)，這種方式是基準(zhǔn)站將基準(zhǔn)站上測(cè)量得到的RTCM數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)揭苿?dòng)站，移動(dòng)站接收到RTCM數(shù)據(jù)后，自動(dòng)進(jìn)行解算，得到經(jīng)差分改正以后的坐標(biāo)。
　　RTK則是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破。它的工作思路與DGPS相似，只不過(guò)是基準(zhǔn)站將觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)站（而不是發(fā)射RTCM數(shù)據(jù)），移動(dòng)站接收機(jī)再采用更先進(jìn)的在機(jī)處理方法進(jìn)行處理，從而得到精度比DGPS高得多的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。這種方法的精度一般為2厘米左右。
　　二、ＧＰＳ在城市公路工程中的應(yīng)用
　　ＧＰＳ在公路路工程中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種公路工程控制網(wǎng)及測(cè)定航測(cè)外控點(diǎn)等。隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，對(duì)勘測(cè)技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長(zhǎng)，已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)測(cè)量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國(guó)內(nèi)已逐步采用ＧＰＳ技術(shù)建立線路首級(jí)高精度控制網(wǎng)，如廣東省目前在建的高速公路就是利用ＧＰＳ建立了首級(jí)控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐證明，在幾十千米范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有２ｃｍ左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的精度，同時(shí)也大大提前了工期。ＧＰＳ技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測(cè)量中。由于無(wú)需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同時(shí)對(duì)檢測(cè)常規(guī)測(cè)量的支點(diǎn)也非常有效。如在廣州大橋的建設(shè)中，首先用常規(guī)方法建立了高精度邊角網(wǎng)，然后利用ＧＰＳ對(duì)該網(wǎng)進(jìn)行了檢測(cè)，ＧＰＳ檢測(cè)網(wǎng)達(dá)到了毫米級(jí)精度，與常規(guī)精度網(wǎng)相比其符合性較好。ＧＰＳ技術(shù)在隧道測(cè)量中具有廣泛的應(yīng)用前景，ＧＰＳ測(cè)量無(wú)需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
　　差分動(dòng)態(tài)ＧＰＳ在道路勘測(cè)方面主要應(yīng)用于數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)采集、控制點(diǎn)的加密、中線放樣、縱斷面測(cè)量以及無(wú)需外控點(diǎn)的機(jī)載ＧＰＳ航測(cè)等方面。ＧＰＳ測(cè)量包含有三維信息，可用于數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)采集、中線放樣以及縱斷面測(cè)量。在中線平面位置放樣的同時(shí)，可獲得縱斷面，在中線放樣中需實(shí)時(shí)把基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)鏈傳到移動(dòng)站，從而提供移動(dòng)站的實(shí)時(shí)位置。由于ＧＰＳ儀器不像經(jīng)緯儀那樣可以指示方向，因此需與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)相結(jié)合，從而可在計(jì)算機(jī)屏幕上看到目前位置與設(shè)計(jì)坐標(biāo)的差異。
　　ＧＰＳ在測(cè)量作業(yè)時(shí)有４種主要作業(yè)模式：靜態(tài)相對(duì)定位；快速靜態(tài)相對(duì)定位；準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位；動(dòng)態(tài)相對(duì)定位。
　　在公路路線測(cè)量中主要運(yùn)用動(dòng)態(tài)相對(duì)定位中的實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)測(cè)量，即ＲＴＫ。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（ＲｅａｌＴｉｍｅＫｉｎｅｍａｔｉｃ，ＲＴＫ）測(cè)量技術(shù)。ＲＴＫ是以載波相位觀測(cè)為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分ＧＰＳ測(cè)量技術(shù)。它是ＧＰＳ測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破。現(xiàn)在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量中的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法的精度已達(dá)到２ｍｍ。
　　由于ＧＰＳ測(cè)量這一新技術(shù)的突破使ＧＰＳ在公路的測(cè)量和施工放線中有較大的應(yīng)用前景。在公路路線測(cè)量中可用ＧＰＳ測(cè)設(shè)中樁及中樁高程和高精度的測(cè)量中樁橫斷面，解決了公路中樁橫斷面測(cè)量精度低的問(wèn)題。
　　ＧＰＳ在山嶺重丘區(qū)的橋梁測(cè)量應(yīng)用也非常廣泛。由于無(wú)需通視，且橋梁中心線的坐標(biāo)可事先在計(jì)算機(jī)中算好，可一次完成橋梁中心線在地面的標(biāo)定和地面高程的采集，提高了橋軸斷面的測(cè)量精度。
　　三、小結(jié)
　　由于ＧＰＳ測(cè)量的是三維坐標(biāo)，因此也相應(yīng)地解決了公路中樁的高程測(cè)量，ＧＰＳ將在道路工程測(cè)量和施工放線中有廣闊的應(yīng)用前景。