摘要：論文首先介紹了GPS主要工作特點，重點針對公路工程的特點，從GPS在公路勘測中的靜態(tài)及動態(tài)GPS相對定位的應(yīng)用兩方面分析了GPS在公路工程測量中的應(yīng)用，最后分析了GPS在公路工程中的應(yīng)用前景。
　　關(guān)鍵詞：GPS，公路測量，應(yīng)用
　　
　　GPS技術(shù)的眾多優(yōu)點集中體現(xiàn)在精度高，作業(yè)時間短，不受天氣、通視條件等影響，交通便利更能提高工作效率。GPS在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。目前的高等級公路，尤其是高速公路，由于其車速高、全封閉的特點，對線形標(biāo)準(zhǔn)要求很高；相應(yīng)的沿線經(jīng)過的地形較為復(fù)雜而且影響通視，另外這些重點建設(shè)工程往往是任務(wù)重、時間緊。因此作為先期工作的基礎(chǔ)控制測量，采用GPS技術(shù)是最理想的作業(yè)方法。因此，如何更好地發(fā)揮GPS的作用，提高工作效率，從理論到實踐仍有較大的距離。公路勘測對測量不僅要求高而且有其特殊性。
　　1GPS的特點
　　GPS具有如下特點：1）不受時間、地點的限制。GPS衛(wèi)星能夠覆蓋全球，即在地球上任一位置、任一時間都至少能同時觀測到四顆衛(wèi)星，因此，不論白天還是黑夜、無論是海上、天空還是在陸地上均可隨時進行定位、授時等服務(wù)。2）不受天氣限制。無論是雨雪還是風(fēng)霧的天氣均可進行GPS定位服務(wù)，因此，在惡劣氣候環(huán)境下也能進行GPS定位，保證用戶在惡劣氣候環(huán)境下按時順利地完成任務(wù)。3）實時定位。對導(dǎo)航用戶而言，需要實時知道自己所處的位置。利用子午衛(wèi)星系統(tǒng)要測若干段時間后才能獲得定位結(jié)果；而GPS利用實時的觀測數(shù)據(jù)獲得實時的定位結(jié)果，具有實時性。4）無需通視。對常規(guī)測量而言，點與點之間只有通視才能進行測量，而GPS用于測量的一個顯著優(yōu)點就是點與點之間無需通視，只要各測量點能接受到衛(wèi)星信號就可進行定位，因此，可以避免許多過渡點，不僅給測量工作到來許多方便、節(jié)省許多費用，而且能夠提高測量精度。5）定位精度高、速度快、經(jīng)濟效益高在導(dǎo)航及測量領(lǐng)域，GPS與常規(guī)方法相比，具有精度高、速度快、操作簡單、自動化程度高等優(yōu)點，由此帶來了很好的經(jīng)濟和社會效益。
　　2GPS在公路勘測中的應(yīng)用
　　2.1GPS在公路勘測中的靜態(tài)觀測
　　靜態(tài)觀測就是至少有兩臺接收機同時接收衛(wèi)星信號，經(jīng)過衛(wèi)星信號的處理可精確計算出兩點在WGS一84地心坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差，根據(jù)其中一點的坐標(biāo)可推算出另一點的坐標(biāo)，由于靜態(tài)相對定位精度高，因此廣泛應(yīng)用于形變監(jiān)測、大地測量、城市與工程控制領(lǐng)域。
　　表1.GPS控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)

                       
　　公路GPS控制網(wǎng)一般分二級布設(shè)。首級控制網(wǎng)一般按GPS二級點要求布設(shè)，加密控制網(wǎng)一般按GPS四級點要求布設(shè)，當(dāng)然也可采用常規(guī)導(dǎo)線進行加密。GPS控制網(wǎng)相鄰點間弦長精度按下式計算確定，它是GPS網(wǎng)質(zhì)量檢核的重要精度指標(biāo)。
　　                                    
　　式中：σ為弦長標(biāo)準(zhǔn)差，a,b,d的含義同表1
　　1）工程概況
　　國道G105線（番禺段）北起洛溪大橋北引道，向南經(jīng)洛溪大橋、大石大橋，貫穿大石街城區(qū)至鐘村飄峰轉(zhuǎn)西南，經(jīng)鐘村鎮(zhèn)謝村、屏山、都那等村，接碧江大橋進入佛山市順德區(qū)；G105國道禮村平交至飄峰段進行擴建，該段道路屬于非標(biāo)準(zhǔn)的3車道。擴建工程將對這段國道沿舊路兩側(cè)擴寬，擴建后計劃設(shè)雙向8車道。
　　2）測量階段
　　根據(jù)本工程特點，為緊密配合工程設(shè)計及相關(guān)工作的順利開展，擬采用兩階段作業(yè)：即控制網(wǎng)的布設(shè)（平面控制網(wǎng)和水準(zhǔn)控制網(wǎng)）；1：1000的地形圖測量，基本等高距1米。
　　3）測量內(nèi)容
　　平面控制測量：以已知三等平面控制點為起算點，首先布設(shè)E-GPS測區(qū)首級控制網(wǎng)，平均基線邊長約0.4km，新布設(shè)9點；再在E-GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，沿線路方向布設(shè)一級導(dǎo)線，以供發(fā)展圖根、測圖及日后施工使用。高程控制測量：以已知二等高程控制點為起算，布設(shè)一個閉合環(huán)；線路全線以四等水準(zhǔn)路線貫通，布設(shè)線路長6km。地形測量：測量范圍根據(jù)設(shè)計提供的邊線，測量寬度為100m，遇道路交叉口、小區(qū)門口、工廠企業(yè)門口及河涌時，碎步點適當(dāng)加密，測圖比例尺為1：1000。
　　4）E級GPS控制測量
　　利用測區(qū)內(nèi)已有的高等級城建控制點，在測區(qū)范圍內(nèi)適度加密GPS點,以作為測區(qū)測圖和線路定測的首級控制。根據(jù)規(guī)范的要求，以城建規(guī)劃局施測的三等GPS控制點為起算點（培訓(xùn)中心,番禺地稅局），在控制區(qū)的主要道路的較開闊以利于進行GPS測量的位置布設(shè)一個由9個待求點及2個起算點組成的E級GPS網(wǎng)作為首級控制以滿足測圖以及今后施工需要。圖根控制點是地形圖要素測繪的依據(jù)，圖根控制點通常采用圖根導(dǎo)線加密，可在等級控制點的基礎(chǔ)上連續(xù)加密二級。在野外測量過程中，天線應(yīng)整平，天線基座上的圓氣泡應(yīng)居中，對中誤差應(yīng)≤3mm；天線定向標(biāo)志指向正北，定向誤差不應(yīng)超過5°；觀測時應(yīng)量取儀器高兩次，其讀數(shù)差都不大于3mm，并將中數(shù)值輸入GPS接收機中。E級GPS觀測完后，利用華測公司的GPS平差軟件進行基線解算和平差。進行平差前，對起算數(shù)據(jù)、橢球參數(shù)等進行校對，確定準(zhǔn)確無誤后進行無約束平差和二維約束平差；
　　2.2動態(tài)GPS相對定位的應(yīng)用
　　動態(tài)GPS相對定位就是將一臺GPS接收機置于基準(zhǔn)站不動。而另一臺（或幾臺）GPS接收機處于運動狀態(tài)，根據(jù)基準(zhǔn)站與流動站信號的差分可解算出流動站各時刻的位置參數(shù)。動態(tài)GPS應(yīng)用于道路勘測在國內(nèi)才剛剛起步，國外在這方面的研究早已展開并取得了一些成果。加拿大卡爾加里大學(xué)設(shè)計了一種動態(tài)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一臺捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)、兩臺GPS接收機和一臺微機，可用于道路線形的測定，為養(yǎng)路工作服務(wù)。該系統(tǒng)對行進中的汽車的定位精度為10～15cm，測定道路坡度的精度為0.1%，平豎曲線的曲率可以每40m小于0.1。的精度求得，對于車速為每小時80km的車輛，沿路每35cm即可獲得包括坐標(biāo)、坡度、橫向坡度和平豎曲線曲率的一組數(shù)據(jù)，可取得道路竣工測量的資料，因測量迅速，對交通繁忙的道路定期復(fù)測也有了可能。奧地利研制出了一種用GPS作為測量手段之一的EMSAT測量車，可實時測定火車軌道的幾何形狀，為軌道養(yǎng)護提供數(shù)據(jù)。德國和加拿大還試驗成功了無需航測外控點的航空攝影測量，只需機載GPS動態(tài)測量，用載波相位差分發(fā)測定航片的外方位元素，大大地提高了工作效率。我國目前也正在開展這方面的研究，并作了一些試驗，取得了初步成果，在航測中的應(yīng)用具有良好的前景。
　　3GPS公路勘測一體化技術(shù)前景展望
　　近十多年來，由于GPS定位技術(shù)在公路勘測系統(tǒng)中的普及，測量作業(yè)人員的勞動強度有所減輕，但是整個野外作業(yè)步驟并沒有太大的觸動，因而作業(yè)周期仍無顯著的縮短。進入新世紀(jì)以來，GPSRTK技術(shù)逐漸趨于成熟，它所具有的高精度、快速度和強可靠性為公路勘測一體化的實現(xiàn)提供了強有力的保障。公路勘測一體化的構(gòu)想主要體現(xiàn)在兩個方面：其一，擴大實時GPS測量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。其二，簡化公路勘測的作業(yè)環(huán)節(jié)。
　　3.1擴大RTK技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
　　GPSRTK技術(shù)在公路勘測方面主要用于低等級控制點的加密、數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)采集、中線放樣、縱橫斷面測量等方面。
　　1）大比例尺帶狀地形圖測繪
　　采用RTK技術(shù)進行地形圖測繪，不需要點間通視，減少測量層次。僅需1人背著流動站GPS接收機在待測的地物地貌等碎部點上采集1分鐘左右，并通過RTK操作手簿輸入碎部點的特征編碼及屬性信息，即可實時地得到碎部點的三維坐標(biāo)。再通過內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換，至專用繪圖軟件編輯成圖。由于只需要采集碎部點的坐標(biāo)和輸入其屬性信息，采集速度快，因此大大降低了測圖難度，既省時又省力，非常實用。
　　2）道路的縱、橫斷面放樣
　　縱斷面放樣時，先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中（如：各變坡點樁號、直線正負(fù)坡度值、豎曲線半徑），生成一個施工測設(shè)放樣點文件，并儲存起來，隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。橫斷面放樣時，先確定出橫斷面形式（填、挖、半填半挖），然后把橫斷面設(shè)計數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中（如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設(shè)計高），生成一個施工測設(shè)放樣點文件，儲存起來，并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪帶狀圖時采集而來的，不需要到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量，大大減少了外業(yè)工作。必要時也可用動態(tài)GPS到現(xiàn)場檢測復(fù)核，這與傳統(tǒng)方法相比，既經(jīng)濟又實用，前景又廣闊。
　　3.2優(yōu)化公路勘測的作業(yè)環(huán)節(jié)
　　雖然公路勘測工作環(huán)節(jié)眾多，十分繁雜，但有了GPSRTK技術(shù)后，可以按照“靜態(tài)+動態(tài)”作業(yè)方式，甚至可以按照“定位+放樣”作業(yè)方式，以簡化作業(yè)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)一體化勘測目標(biāo)。
　　實施“靜態(tài)+動態(tài)”的一體化作業(yè)方式。該作業(yè)方式是將公路勘測工作分為靜態(tài)作業(yè)和動態(tài)作業(yè)兩大環(huán)節(jié)。靜態(tài)作業(yè)是利用GPS技術(shù)建立全線基礎(chǔ)控制網(wǎng)，提供高精度的框架，并為動態(tài)作業(yè)提供轉(zhuǎn)換參數(shù)；動態(tài)作業(yè)就是利用RTK技術(shù)，分段測量放樣。要求流動站分工明確，如有的負(fù)責(zé)測圖，有的負(fù)責(zé)放樣。其實質(zhì)在于擴大RTK技術(shù)的應(yīng)用范圍，其關(guān)鍵在于實時GPS系統(tǒng)的數(shù)量。數(shù)量越多，勘測效率越高。
　　4結(jié)語
　　總之，GPS系統(tǒng)由于其具有全天候、無需通視的特點，GPS就倍受測量界的關(guān)注。相信隨著GPS系統(tǒng)的完善，GPS定位技術(shù)的成熟，GPS定位技術(shù)突出地顯示出其定位精度高、速度快、效益高等優(yōu)勢，GPS會更加迅速廣泛的應(yīng)用于大地測量、工程測量、工程與地殼變形觀測、地籍測量、航空攝影測量和海洋測繪等其他領(lǐng)域。
　　參考文獻：
　　[1]王刊生，李林.GPSRTK技術(shù)在公路放樣線中的應(yīng)用.鐵道勘察.2004年第5期
　　[2]交通部.《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》.北京：人民交通出版社.1998年7月.
　　[3]張孟冬，陳崇哲，陳淑玲.GPS衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用于公路中樁放樣.交通科技.2003年2月.