试论GPS在公路工程测量中的应用研究

摘要：GPS卫星定位系统具有全球性、连续性、实时性导航定位和定时功能，而将其应用到公路测量上可以说是公路测量技术上的一项革新，前景十分广阔。本文主要探讨GPS的发展现状，构成及RTK技术方法在公路工程测量上的应用。

关键字：GPS仪器、RTK技术、公路测量。

的发展现状

全球有美国GPS全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯全球定位系统、欧洲伽利略全球定位系统、我国北斗星全球定位系统。这四大全球定位系统中要数GPS开发最早，应用更为成熟。其具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

目前道路设计与施工需要严格掌握道路的各种数据。而常规的测量仪器不仅受到地域等作业条件的影响，使得作业难度大，效率低，作业周期长【1】。而GPS 技术的应用则解决了这个问题。不仅测量准确、方便，而且工作效率高。所以说GPS技术在公路测量行业具有广阔的前景，还需要我们不断探索。

的构成

GPS主要有三部分构成分别是：①空间部分即GPS卫星；GPS的空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。可以做到在地球的任何地点。任何时刻，在高度角15°以上，平均可以观测6-8颗卫星。②控制部分即地面监控系统；GPS的地面监测系统分别由一个主控站、三个注入站和五个监测站组成，主要工作内容是计算卫星的轨道参数、种差参数等，并将其进行存储。③用户部分即GPS信号接收机。GPS用户装备比较简单，由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备组成。GPS接收机可接受卫星信号，并对信号进行交换、放大、处理，得出GPS接收机所在的三维坐标。

测量道路工程的技术特点

GPS能代替常规的测量方法，肯定有优于其他测量工具的特点，总结来说，GPS的技术特点有：

3.1改变了测站之间必须要相互通视的现状

GPS要求测站上的.空间必须开阔，没有障碍物，这是为了方便接受卫星信号。但是并不要求测站之间相互通视，这种是GPS优于其他测量工具的重点特点【1】。解决了测量学上测站必须通视这一难题。

3.2定位精度高

使用GPS进行测量可以发现GPS的定位精度十分高，很多部分的测量都能达到厘米级的精度。而且GPS的测量精度不受距离的影响。反而距离越远精度越高，这种优点才使得GPS在道路工程测量中倍受青睐。成为不可代替的道路工程测量工具。

3.3 GPS观测时间相对较短

使用过GPS进行测量的工作人员都可以体会到GPS测量时间短的优点，测量时一般只需要40min左右【2】。而采用快速静态的RTK技术使用的时间更短。

3.4操作简便

GPS的自动化程度高，操作十分简单。有时候对于新的测绘人员只需要进行简单的培训，熟练后就可以进行道路测量工作。不同于全站仪的复杂，同时全站仪测量时还需要记录很多数据。使用起来十分复杂繁琐。

3.5对工作环境要求低

GPS能够全天观测，不受气候，地域等的影响。在道路工程测绘中如果出现天气骤变，也可以进行，不需要中断测量。

技术在公路测量中的应用

4.1 RTK（实时动态）定位技术简介

RTK定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，他是GPS技术发展的一个新突破，在道路测量中有着广阔的应用前景。在实际工作中，无论是动态定位还是静态定位，由于测量工具不能做到实时定位而导致数据滞后，就会造成测量数据的误差，需要不断地返工测量【2】。通常为了解决这个问题，都会延长测量的工期。而GPS测量可以有效地解决这个问题。

解决这个问题的方法就是GPS中的RTK技术。RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成。整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。

在测量中，选择点位精度较高的首级控制点作为基准点，通过安置一台接收机作为参考站，从而对卫星进行连续测量。另外为了保证计算机可以基准站的观测数据，必须建立无数数据通讯来作为传输实时动态测量的数据【3】。一般来说，当流动站的接收机在接收到卫星讯号的同时，也要获得无限数据通讯传输的观测数据，之后通过计算机进行计算，得到观测点的精确数据，提高了道路工程测量的效率。

4.2 RTK的应用模式

实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样等前端数据采集。

4.2.1快速静态定位模式

要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；若采用常规测量方法(如全站仪测量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK技术可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min，随着技术的不断发展，定位时间还会缩短，不及静态测量所需时间的五分之一，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

4.2.2动态定位模式

测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需2～10s)进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘级。动态模式测量灵活，可以完成除道路测量之外的地图测绘、中桩测绘、工程横断面测绘等等工作，而且测量精度也十分高。具有全站仪等测绘工具不可比拟的优点。

4.3 RTK技术的优点

RTK技术在测量中精度可达到厘米级，而且作业效率很高。例如流动站小组作业，每小组(3～4人)可完成中线测量5～10km。若用其进行地形测量，每小组每天可以完成0.8～1.5km2的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的【2】。彻底摆脱了因为误差而经常进行的返工测量。同时在小组测量的同时可以顺便完成之前要专门完成的中平测量工作。另外RTK技术还可以全站仪相结合进行测量。

5.小结

本文通过对GPS技术在公路测绘中应用研究，总结出GPS在道路工程测绘中所体现出来的优点，包括技术优点和测量中体现的设备优点。由此可知GPS的测量是不受天气变化，地形差异的影响的，它在道路工程测量中的使用大大提高了测量的精确度，解决了测量以往存在的一些困难点，而且具有操作简便，自动整理数据等特点。所以说GPS在道路工程测量中应用的前景是不可小觑的，我们作为道路工程测量人员应该努力挖掘GPS的使用方法，使之能够发挥更大的作用，进一步提高道路测量工作的效率。

文献综述：

畅福善在公路测量中的应用[J],微计算机信息，2008

徐邵全，张华海等测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2006

[3] 卢孝益在公路工程测量中的应用，浙江省交通规划设计研究院，2011