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1、GPS 技技术术在公路在公路测测量中的量中的应应用前景用前景摘要GPS 技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命，其应 用及开发的前景十分广阔。尤其是实时动态(RTK)定位技术在公路测量中蕴含 着巨大的技术潜力，本文主要介绍了 GPS 的概述，RTK 技术在公路测量中的 应用及其对公路勘测的巨大推进作用。 关键词：GPS；RTK；静态定位；动态定位 近年来，对 GPS（Global position system）卫星的应用开发表明，用 GPS 信号可以进海空导、验收和航、车辆引行、导弹制导、精密定位、工程测 量、动态观测、设备安装、时间传递、速度测量等。对于测绘行业而言，GPS 卫
2、星定位技术已用于：测量全球性的地球动态参数和大地测量控制网。建 立陆地海洋大地测量基准。监测现代板块运动状态、捕获地震信息。测定 航空航天摄影瞬间的相机位置，甚至航片、卫片的姿态参数。进行工程建筑 的设计、施工、验收和监测。GPS 卫星定位技术在工程测量中有着极其广阔的 应用前景。 GPS 卫星全球定位技术，包括下列三大部分：GPS 卫星星座（空间部 分）；地面监控系统（地面控制部分）；GPS 信号接收机（用户设备部分） 。我们主要知道 GPS 的工作原理，GPS 发送的导航定位信号，是一种可供无 数用户共享的信息资源。为此，需要一种能够接收、跟踪、变换和测量 GPS 信 号的 GPS 信号接
3、收设备，称之为 GPS 信号接收机。随着使用目的的不同，用 户要求的 GPS 信号接收机也有差异。主要分为静态定位和动态定位两大类型， 两者的主要区别如下： （1）静态定位，用户天线在跟踪 GPS 卫星的过程中固定不变，接收机高精度 地测量 GPS 信号的传播时间，联同 GPS 卫星在轨的已知位置，从而算得固定 不动的用户天线之三维坐标。后者可以是一个固定点，也可以是若干点位构成 的 GPS 网。静态定位的特点是多余观测量大，可靠性强，定位精度高。 （2）动态定位，它是用 GPS 信号接收机测定一个运动物体的运动轨迹。GPS 信号接收机所位于的物体称为载体，它包括陆地车辆、河海船舰、空中飞机、
4、 宇空飞行器等。所谓“动态定位”，就是载体上的用户天线在跟踪 GPS 卫星的 过程中相对地球而运动，接受机用 GPS 信号实时地测得运动载体的状态参数。 动态定位的特点是逐点测定运动载体的状态参数，多余观测量少，精度较低。 GPS/GLONASS 集成接收机能够较好地解决这一问题。 在用 GPS 信号接收机进行定位测量时，测量员只需要将天线单元准确地安 设在测站上，接通电源，启动接收单元。在结束测量时。只需测量天线高度， 关闭电源，收装接收机，便完成了野外数据采集任务。如果在一个测站上需要 作较长时间的连续测量，还可以实行无人值守的数据采集，而通过数据通信方 式，将所采集的数据传递到数据处理中
5、心，实现全自动化的 GPS 测量。随着我国国民经济的快速增长，高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇， 这就对勘测设计提出了更高的要求，随着公路设计行业软件技术和硬件设备的 发展，公路设计已实现 CAD 化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产 品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、 输入等中间环节，是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响高等级 公路设计技术发展的“瓶颈”所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先 进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在 目前
6、的技术条件下引入 GPS 技术应当是首选。当前，用 GPS 静态或快速静态 方法建立沿线总体控制测理，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵断面 测量提供依据；在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅是 GPS 在公 路测量中应用的初级阶段，其实，公路测量的技术潜力蕴于 RTK(实时动态定 位)技术的应用之中，RTK 技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。 下面就 RTK 技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分 GPS(RTDGPS)技术，它是 GPS 测量技术发展的一个新突破，在公路工程中 有广阔的应用前景。众所周知，无论静
7、态定位，还是准动态定位等定位模式， 由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进 行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由 于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来 保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了 GPS 测量的工作效率。实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实 时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置 一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星 信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据 相对定位的
8、原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可 以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的 精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。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、监理和 GIS(地理信息系统)前端数据采集。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
9、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 快速静态测量，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。动态定位，测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需 210s)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 度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着
10、广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、 中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量 24S，精度就可以 达到 13cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器(如全站仪)不可 比拟的优点。实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果(包括高程)。彻底摆 脱了由于粗差造成的返工，提高了 GPS 作业效率。作业效率高，每个放样点 只需要停留 12s，流动站小组作业，每小组(34 人)可完成中线测量510km。若用其进行地形测量，每小组每天可以完成 0.81.5km3 的地形 图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。在中线放样的同时完成中 桩抄平工作。应用范围广可以涵盖公路测量(包括平
11、、纵、横)，施工放样， 监理，竣工测量，养护测量，GIS 前端数据采集诸多方面。如辅助相应的软件， RTK 可与全站仪联合作业，充分发挥 RTK 与全站仪各自的优势。 GPS 静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。 生产过程中采用常规方法和 GPS 技术相结合生产流 程可以极大地提高生产效率。 随着 GPS 技术特点是 RTK 技术的发展，各个 厂家相继推出了具有自主专利技术的仪器，其初始化时间越来越短，跟踪能力 也越来越强，精度越来越高，可靠性越来越强，有着良好的性价比，在勘察设 计单位具有代替全站仪的趋势，单位设备更新时应考虑这一因素。GPS 技术在 公路测量中的应用，是公路测量的一项革命性的技术革新，它将对传统的作业 理念予以更新。GPS 在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革 命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态(RTK)定位 技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。
