【关键词】公路工程测量；GPS；实时测量；前景
Applicationofreal-timeGPSmeasurementsinhighwayprojects
ZhangLing-feng
(YudongHighwaySurveyandDesignCo.,Ltd.ShangqiuHenan476000)
【Abstract】ThearticledescribestheprinciplesofGPSreal-timemeasurement,ascoMParedwiththecontrolmeasurementandreal-timeGPSsurveyingandmeasuringthecharacteristicsofconventionalandlookforwardtoGPSmeasurementofhighwayprojectsinthefuture.
【Keywords】Highwayengineeringsurvey;GPS;Real-timemeasurement;Prospect
我公司于2000年已经开始接触GPS，基于当时GPS大多处于单频静态，RTK动态测量（实时GPS测量）不完全成熟，仅限于控制测量，对公路测量应用范围较窄。在2002年，RTK动态测量相对成熟，并且开发出针对公路测量特点的相关软件，我公司于该年购进Smart6100IS一体化双频GPS接收机1+2三件套，并迅速应用到实际工作中，使用GPS测量的具有代表性的项目有：(1)省道327线（杜集～商开交界）改建工程；(2)国道105线（双八～徐庄）改建工程。这两个项目充分体现了GPS测量的高精度、高效率的优点。
1.实时GPS测量原理
实时GPS测量以载波相位观测值为基础，不同于早先的实时差分GPS(RTD),RTD是建立在C/A码伪距观测值的基础之上的一种实时定位技术，其精度只能达到米级。
静态测量是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，可等到两测站间精密的WGS-84基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终等到测点的坐标。显然静态测量不具备实时性。RTK定位技术则是实时动态测量，需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通讯系统(亦称数据链)，将两相对独立的GPS信号接收系统联成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给流动站，流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身的载波信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标。因此，实时GPS测量的关键除数据传输技术外，还需具有很强的数据处理能力。
实时GPS系统由以下3部分组成：
1.1GPS信号接收系统。从理论上讲，双频接收机与单频接收机均可用于实时GPS测量。但是单频机进行整周未知数的初始化的需要很长的时间，此乃实时动态测量所不允许的；加之单频机在实际作业时容易失去锁定的卫星，失锁后的重新初始化要占去许多时间。因此，实际作业中一般应采用双频机。
1.2数据实时传输系统。为把基准站的信息及观测数据一并时传输到流动站，并与流动站的观测数据进行实时处理，必须配置高质量的无线通讯设备(无线信号调制解调器)。由于数据信息量大，必须采用较高的传输速度，波特率通常要在9600以上。此项要求目前不难达到。利用数据实时传输系统，流动站可以随时凋阅基准站的工作状态和高设站信息。这对于保证成果质量和排除观测中出现的问题十分有利。
1.3数据实时处理系统。基准站将自身信息与观测数据，通过数据链传输到流动站，流动站将从基准站接收到的信息与自身采集到的观测数据组成差分观测值。在整周未知数解算出以后，即可进行每历无的实时处理。只要保证锁定四颗以上的卫星，并具有足够的几何图形强度，就能随时给出厘米级的点位精度。因此必须具备功能很强的数据处理系统。目前该系统已发展成为多功能的完整系统。所以能成功地用于实际作业中。
2.实时GPS测量的特点
2.1实时GPS测量保留了所有经典GPS功能。如静态测量，快速静态测量等，观测数据亦可采用后处理的方式。静态测量数据后处理的方式，是高精度控制测量中的理想方法。由于后处理定位的实时定位可以同时进行，所以能做到彼此互补，发挥各自特长。
2.2经典的GPS测量因不具备实时性，而不能有用来放样，放样工作还得配备传统的测量仪器，实时GPS测量弥补了这一缺陷。放样精度可达到厘米级。
2.3实现实时GPS测量的关键技术之一是快速解算载波的整周未知数。用经典的静态相对定位法，解得整周示未知数并达到足够精度，往往需要1个小时甚至更长的时间。在实时GPS测量中，尽管初始化时间和长短受到跟踪观测的卫星数，几何图形强度、多路径效应、电离层干扰等诸多因素影响，但已可在数分钟之内完成。如借助快速动态定位，约需3分钟；如采用动态环境下的初始化，约需1分钟；如在已知点上进行初始化，仅有几秒钟足够。这样，测量中即使遇到障碍物（如穿过桥下或通过隐蔽地带）造成失锁，也可在重新捕获到卫星后数分钟内完成整周未知数初始化，继续进行测量。
2.4由于实时GPS测量成果是在野外观测时实时提供，因此能在现场及时进行检核，避免外业工作返工，例如，整周求知数初始化情况和测点点位精度等信息均可在作业现场进行核对。
2.5能够接收到GPS信号的任何地点，全天24小时均可进行实时GPS测量的放样。
2.6完成基准站的设置后，整个系统只需一人持流动站接收机操作。也可设置几个流动站，利用同一基准站观测信息各自独立开展工作。
3.常规测量方法的缺陷
3.1规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10公里，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。
3.2搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。
3.3国家大地点破坏严重，影响测量作业。由于国家基础控制点，大多为五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50公里以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。
3.4地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求布设在距路线的300米范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。
对于长大隧道，特大桥用常规测量有下列局限：
(1)长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在四等以上。用常规测量方法，往往采用增加测回数，延长观测时间等费时、费工的方法来设法提高精度。
(2)长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带，进行常规控制测量，为通视和网形，往往砍伐工作量相当大，这样测设费用很大，作业艰苦。
(3)长大隧道及特大桥的控制网高精度及与路线网的低精度衔接，虽说用平差方法可以得到克服，但由于地形条件困难，其联结的测量工作量很大，且不太方便。实际工作中，构造物的控制测量与路线的控制测量经常出现脱节现象。
利用GPS测量能克服上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了高等级公路测设质量。
4.GPS测量的优点
4.1工程控制测量。用GPS静态测量沿项目建立带型控制网，由于点与点之间不必要求通视，而且RTK动态测量覆盖距离较远，故控制点选点只须地形开阔，不再受距中线距离限制。对于高等级公路要求达到一级导线要求。GPS静态控制的精度可以轻松使测量更简便易行。
4.2绘制大比例地形图。高等级公路选线多是在大比例尺（通常是1:2000或1:1000）带状地形图上进行，用传统方法测图，先要加密控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。其工作量大、速度慢，花费时间长。在GPS静态建立的控制网基础上，用GPS动态测量采集碎部点的数据。其采集速度相当快，在室内把碎部点属性信息输入计算机，即可由绘图软件成图，大大降低了测图的难度，既省时又省力。
4.3公路中线测设。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路在地面标定出来。采用RTK动态GPS测量，只需将中线路线编辑好输入GPS接收机中，系统就会自动显示RTK所处位置桩号及坐标。使不规则加桩无须计算，根据地形任意加桩。而且RTK测站始终保持相对误差，不会产生累积误差，使各点放样精度趋于一致。
4.4公路纵、横断面测量。公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。从而大大减少了外业工作。如果需要进行现场断面测量时，也可采用实时GPS测量。与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
4.5施工测量。实时GPS系统既有良好的硬件，也有极丰富的软件可选择。施工中对点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷。精度可达到厘米级。
4.6GPS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，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。
5.小结
通过以上对GPS测量的应用探讨，可以看出GPS在公路工程的控制测量上具有很大的作用及发展前景：
5.1GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。
5.2GPS测量可以大大提高工作及成果质量。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。
5.3GPS实时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。
5.4GPS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。
第五、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，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。
6.结束语
在我们从事的多个道路桥梁工程测量中，均涉及到了GPS定位技术，也感受到其无穷的优点。同时也得到有关领导对这项新技术的重视。经过领导派我们去培训后，对这项新技术有了更进一步的认识，结合学习后所掌握的知识，以及在工作中所涉及到的有关资料，同时参考了以下主要文献写成这篇文章，其目的是让更多从事道路桥梁的朋友对GPS导航定位技术有一定的认识和了解。
参考文献
［1］徐绍铨、张华海、杨志强、王泽民编著《GPS测量原理及应用》。
［2］全球定位系统原理及其应用.测绘出版社，1995
［3］徐绍栓，张华海，杨志强，王泽民编著《GPS测量原理及应用》武汉测绘科技大学出版社，1998
［文章编号］1006-7619（2009）04-14-248