论文部分内容阅读
【摘 要】 20世纪40年代興起的以信息技术为核心的新科技革命，奠定了科学技术在人类生产力发展中的决定性作用，其中，卫星导航定位技术是现代电子技术与空间技术相结合的重大成果，是对传统的导航定位技术的重大突破和变革。而美国已经全面部署并在全球得到广泛应用的GPS导航系统，是现代卫星导航定位系统的一个典型的实例，它在军事、民用等方面都得到了极为广泛的应用，无时无刻不在深刻的影响着人类的生产生活的各个方面。基于此，本文就GPS测量技术在路桥建设中的应用进行分析与研究。
【关键词】 GPS测量技术；路桥建设；应用
一、GPS系统的简要介绍
（一）含义及组成
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
1.空间卫星群GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。
2.GPS的地面控制系统GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。
3.GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
（二）GPS测量的技术特点
相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：
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50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
3.观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。
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。
二、GPS测量技术在路桥建设中的应用
GPS定位技术从问世之初发展到目前，已渗入工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统、海洋、气象和地球空间研究等许多领域。差分GPS（DGPS）与相位差分GPS（RTK）技术，实现了高精度实时动态导航与定位，可以在一个瞬间获得厘米级精度的测站坐标。GPS全站仪己经向传统的全站仪发起了挑战。GPS定位技术日益广泛应用，使它成为测绘类专业人士的一门必修课程。方便、快捷、高效、精确使得GPS技术在各种测量领域得到广泛的应用。在中国，由欧亚测量开发的基于徕卡2004年最新仪器的GPS1230RTK系统解决方案采用实时操作系统，有着更强大的抗干扰性能及更简单的操作方式。机载的RoadRunner软件和RoadED道路编辑程序使得GPS技术更有利于在公路系统中的推广使用。众所周知，一个好的路桥建设得益于一个精密、准确、专业的测量，GPS系统诞生以来，以其系统为技术支撑的测量技术在路桥建设中得到了广泛应用，很好的解决了测量中的诸多问题。在实测中，GPS测量技术主要涵盖了平面点位关系换算；导线测量；中、边桩放样；桥位放样；断面测量等内容。
（一）平面点位关系换算
全站仪测量的基本原理是测角和测距，而且受通视条件的限制，这就要求限制道路施工放样的大多数方法采用的是偏角支距法。因此存在极坐标和直角坐标互换的问题，同时因为全站仪不断搬站导致极坐标的定向方向不同，换算的参数也不同，这就要求外业工作人员很熟悉换算公式和方法，同时在外业测量时使用4800计算器不断计算换算坐标。这种外业工作方式及其复杂，同时稍有不慎就会导致人为的计算错误。GPS测量可以直接得到点位坐标，采取的是坐标系统互相转换。不论施工区域采取的是国家坐标系统还是地方独立坐标系统，GPS只需求得两套直角坐标系统的转换参数即可，而这些工作可以在工程初期完成，并且只需精确计算一次便可以为全部区域全部工期服务。和全站仪相比，这方面GPS大大节省了时间，同时也降低了外业操作人员的技术要求，节约了人力资本的投入。
（二）导线测量
全站仪的工作条件要求就是必须要有良好的通视效果，所以在施工的期间就必须要在设计那方所提供的GPS的控制点中间布设导线，来进行导线的平差和测量，然后才能够从事放样的工作。在GPS测量技术的施工控制部分就只需要在施工的初期进行一次符合设计方所提供的GPS的控制点，继而再利用这些定好的控制点来求解坐标，将其同地方的系统转换参数进行换算即可。照这样的话，后续工作当中的所有的GPS测量精度就都是相等同的了，就不必再布设任何导线的控制网了。只需要在同全站仪来联合进行作业的那个地点去采用后视点坐标和RTK测设的设站点。在实际的结果当中，因为没有布设由导线环构成具有结点的网状结构形式的平面控制网——导线网，所以GPS所节约的物力、人力和时间都是非常显而易见的。这样还避免了由于导线网的测量误差引起的一系列精度损失。 （三）中、边桩放样
对大多数道路施工放样来说，由于采用的是低端全站仪，放样就不得不在内业就计算好每个中桩、边桩的点位坐标，然后外业实地放样。或者外业实地计算坐标、放样、计算填挖深度。而GPS系统徕卡RoadRunner软件的最大好处是它可以直接将道路文件传输到仪器中，而不需要任何的桩号计算。同时GPS是图形显示放样，使得外業工作十分简单方便。并实时显示点位坐标以及填挖深度。中、边桩放样和施工期间恢复是公路施工测量的主要内容，GPS的应用减轻了内业的计算工作量，同时减少了外业人员（只需一个人即可）。且放样点位精度完全可以控制在1cm以内。
（四）桥位放样与断面测量
路桥工程中的GPS测量中的桥位桩精度测量十分重要。通常情况下，GPS都设有精度累计，能够满足路桥施工中桥位桩精度的测量。但是，因为全站仪测量俯仰角度所带来的限制使得个别桥位放样变得复杂，而GPS放样点位则简单得多。
同时，断面测量在路桥施工中也占有重要的地位，是施工测量的重要内容之一。按照路桥的施工要求，需要对每一个桩点进行横断面的测量。如果在测量中使用全站仪测量便会在每一次测量之后到要搬一次站点，定一次后视。在路桥建设中使用GPS进行测量能够使得测量更加简单易操作。
结束语
在路桥工程建设中，GPS系统测量技术解决方案的实用、便捷、高效，而且体现了其强大的抗干扰性能、高精度以及在恶劣条件下稳定工作的能力。今后，随着GPS测量精度的进一步提高，GPS技术必将在路桥工程建设领域发挥着至关重要的作用。
参考文献：
[1]宁冉.VRS-GPS测量技术在给水管网管理中的应用[J].西南给排水，2014，02：70-73.
[2]毛星云，郭长润，王瑞涛.浅析GPS测量技术在城市建设中的应用[J].建筑，2011，13：67-68.
[3]马永健，张武英.GPS测量技术在地籍测量中的应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2013，05：131-134.
[4]王家吉，江子凯，张林.GPS测量技术在工程测绘中的应用探讨[J].低碳世界，2014，15：165-166.
[5]李贵兵.GPS测量技术在公路建设中的应用特点探讨[J].中国新技术新产品，2010，03：83.
【关键词】 GPS测量技术；路桥建设；应用
一、GPS系统的简要介绍
（一）含义及组成
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
1.空间卫星群GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。
2.GPS的地面控制系统GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。
3.GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
（二）GPS测量的技术特点
相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：
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50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
3.观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。
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。
二、GPS测量技术在路桥建设中的应用
GPS定位技术从问世之初发展到目前，已渗入工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统、海洋、气象和地球空间研究等许多领域。差分GPS（DGPS）与相位差分GPS（RTK）技术，实现了高精度实时动态导航与定位，可以在一个瞬间获得厘米级精度的测站坐标。GPS全站仪己经向传统的全站仪发起了挑战。GPS定位技术日益广泛应用，使它成为测绘类专业人士的一门必修课程。方便、快捷、高效、精确使得GPS技术在各种测量领域得到广泛的应用。在中国，由欧亚测量开发的基于徕卡2004年最新仪器的GPS1230RTK系统解决方案采用实时操作系统，有着更强大的抗干扰性能及更简单的操作方式。机载的RoadRunner软件和RoadED道路编辑程序使得GPS技术更有利于在公路系统中的推广使用。众所周知，一个好的路桥建设得益于一个精密、准确、专业的测量，GPS系统诞生以来，以其系统为技术支撑的测量技术在路桥建设中得到了广泛应用，很好的解决了测量中的诸多问题。在实测中，GPS测量技术主要涵盖了平面点位关系换算；导线测量；中、边桩放样；桥位放样；断面测量等内容。
（一）平面点位关系换算
全站仪测量的基本原理是测角和测距，而且受通视条件的限制，这就要求限制道路施工放样的大多数方法采用的是偏角支距法。因此存在极坐标和直角坐标互换的问题，同时因为全站仪不断搬站导致极坐标的定向方向不同，换算的参数也不同，这就要求外业工作人员很熟悉换算公式和方法，同时在外业测量时使用4800计算器不断计算换算坐标。这种外业工作方式及其复杂，同时稍有不慎就会导致人为的计算错误。GPS测量可以直接得到点位坐标，采取的是坐标系统互相转换。不论施工区域采取的是国家坐标系统还是地方独立坐标系统，GPS只需求得两套直角坐标系统的转换参数即可，而这些工作可以在工程初期完成，并且只需精确计算一次便可以为全部区域全部工期服务。和全站仪相比，这方面GPS大大节省了时间，同时也降低了外业操作人员的技术要求，节约了人力资本的投入。
（二）导线测量
全站仪的工作条件要求就是必须要有良好的通视效果，所以在施工的期间就必须要在设计那方所提供的GPS的控制点中间布设导线，来进行导线的平差和测量，然后才能够从事放样的工作。在GPS测量技术的施工控制部分就只需要在施工的初期进行一次符合设计方所提供的GPS的控制点，继而再利用这些定好的控制点来求解坐标，将其同地方的系统转换参数进行换算即可。照这样的话，后续工作当中的所有的GPS测量精度就都是相等同的了，就不必再布设任何导线的控制网了。只需要在同全站仪来联合进行作业的那个地点去采用后视点坐标和RTK测设的设站点。在实际的结果当中，因为没有布设由导线环构成具有结点的网状结构形式的平面控制网——导线网，所以GPS所节约的物力、人力和时间都是非常显而易见的。这样还避免了由于导线网的测量误差引起的一系列精度损失。 （三）中、边桩放样
对大多数道路施工放样来说，由于采用的是低端全站仪，放样就不得不在内业就计算好每个中桩、边桩的点位坐标，然后外业实地放样。或者外业实地计算坐标、放样、计算填挖深度。而GPS系统徕卡RoadRunner软件的最大好处是它可以直接将道路文件传输到仪器中，而不需要任何的桩号计算。同时GPS是图形显示放样，使得外業工作十分简单方便。并实时显示点位坐标以及填挖深度。中、边桩放样和施工期间恢复是公路施工测量的主要内容，GPS的应用减轻了内业的计算工作量，同时减少了外业人员（只需一个人即可）。且放样点位精度完全可以控制在1cm以内。
（四）桥位放样与断面测量
路桥工程中的GPS测量中的桥位桩精度测量十分重要。通常情况下，GPS都设有精度累计，能够满足路桥施工中桥位桩精度的测量。但是，因为全站仪测量俯仰角度所带来的限制使得个别桥位放样变得复杂，而GPS放样点位则简单得多。
同时，断面测量在路桥施工中也占有重要的地位，是施工测量的重要内容之一。按照路桥的施工要求，需要对每一个桩点进行横断面的测量。如果在测量中使用全站仪测量便会在每一次测量之后到要搬一次站点，定一次后视。在路桥建设中使用GPS进行测量能够使得测量更加简单易操作。
结束语
在路桥工程建设中，GPS系统测量技术解决方案的实用、便捷、高效，而且体现了其强大的抗干扰性能、高精度以及在恶劣条件下稳定工作的能力。今后，随着GPS测量精度的进一步提高，GPS技术必将在路桥工程建设领域发挥着至关重要的作用。
参考文献：
[1]宁冉.VRS-GPS测量技术在给水管网管理中的应用[J].西南给排水，2014，02：70-73.
[2]毛星云，郭长润，王瑞涛.浅析GPS测量技术在城市建设中的应用[J].建筑，2011，13：67-68.
[3]马永健，张武英.GPS测量技术在地籍测量中的应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2013，05：131-134.
[4]王家吉，江子凯，张林.GPS测量技术在工程测绘中的应用探讨[J].低碳世界，2014，15：165-166.
[5]李贵兵.GPS测量技术在公路建设中的应用特点探讨[J].中国新技术新产品，2010，03：83.