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1、简述全球定位系统（GPS）在高速公路测量中的应用及与经典测量学的区别全球定位系统是美国国防部部署的一种卫星无线电定位、导航与报时系统，简称GPS。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。导航星座包括24颗卫星，其中21颗卫星是工作星，3颗作为备用星，它们分布在6条轨道上，轨道高度约两万公里，倾解55，运行周期为12小时。这种分布方式可以保证世界上任何地点的用户至少能同时接收四颗卫星播发的导航信号，实现三维精确定位。每颗卫星以1575.42兆赫和1227.6兆赫两种频率为军事用户播发加密的高精度导航数据（称P码），定位精度可达到15米，测速精度为0.1米/秒，授时精度为100纳秒；同时以
2、1575.42兆赫的频率为民用用户播发精度较低的导航数据（称C/A码），定位精度为100米。GPS的用户设备简称GPS接收机，由天线、接收机、信号处理器和显示器组成，能同时接收四颗卫星发射的导航信号，经过对信号到达时间的测量、数据解调处理和计算，得出用户本身位置的三维坐标和运动速度。GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。全球定位系统的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门普遍关注。GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。现在，随着GPS测量理论与设备的不断
3、发展，使得GPS测量技术日趋成熟，GPS测量功能更加完善，GPS测量应用面更广，并且GPS测量设备价格变低廉，操作更加简便，使GPS测量更加实用化和自动化。相对于经典测量学来说，GPS测量主要有以下特点：（1）测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。（2）定位精度高，一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1PPm，而红外仪标称精度为5mm+5PPm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1210-6，而
4、在100500km的基线上可达10-610-7。（3）观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。（4）提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。（5）操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。（6）全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。公路路线一般处在一条带状走廊内。其平面控制测量往往采用导线形式，这包括附合导线、闭合导线、结点导线等导线网形式。对
5、于重要构造物如大桥、特大桥、长大隧道等，也有布设成三角网、线形锁等形式。常规测量方法的缺陷：（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10km，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。（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）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50、60年代完成
6、，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了解遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50km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。（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300m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：（5）长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在4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。（6）长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带，
7、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。（7）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。在高程测量中通常应用的高程系统主要有大地高程系统、正常高系统和正高系统。大地高程系统是以椭球面为基准的高程系统。正高系统是以大地水准面为基准的高程系统。由于正高实际上是无法严格确定的，为实用上的方便，通常采用根据前苏联
8、大地测量学者莫洛金斯基的理论建立的正常高系统。计算正常高的精度，主要取决于大地高差和高程异常的精度，而其中高程异常差的精度与其计算方法及其所利用的资料密切相关。GPS测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高。由上可以看出GPS测量具有以下优点：（1）GPS作业有着极高的精度。它的作业不受距离限制，非常适合于国家大地点破坏严重地区、地形条件困难地区、局部重
9、点工程地区等。（2）GPS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。（3）GPSRTK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、隧道勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。（4）GPS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。（5）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。
