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摘 要：本文结合多年工程测量经验，分析了GPS构成及特点，以公路工程为例，阐述了GPS在公路工程中的应用，并体现了GPS技术的优越性及实用性，在实际中可以提高测量的工作效率。
关键词：GPS-RTK；公路测量；实时动态；精度；观测
中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：
1 GPS构成及特点
1.1 GPS构成
GPS系统由空间部分、地面监控部分和用户设备部分3部分组成：1)GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座。其由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星共24颗卫星组成，均匀分布在6个轨道上。轨道平面的倾角为55°，轨道的平均高度为20200km，运行周期为11 h 58 min(恒星时)。2)GPS系统的地面监控部分目前由5个地面站组成，包括主控站、信息注入站和监测站。3)GPS系统的用户设备由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微机处理机及其终端设备组成。
1.2 GPS 测量特点
GPS 测量具有如下特点：
(1)测量精度高，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10-6，在大于1000km
的基线上可达1×10-8；
(2)测站间无需通视，GPS测最不需要测站间相互通视，根据需要确定点位；
(3)观测时间短，进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位
仅需几秒钟；
(4)仪器操作简便，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机
即可进行自动观测和记录；
(5)全天候作业，GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证连续进行观测，一般不受天气
状况的影响。
2 GPS技术在公路测量中的应用
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、設计、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，公路勘测中虽然已经采用电子全站仪等先进仪器，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度、难度大，且效率低，往往都会延长设计周期。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设，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据；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相关的介绍。
3 GPS-RTK技术在公路测量中的应用
3.1实时动态(RTK)定位技术
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，这样则降低了GPS测量的工作效率，甚至有时候耽误了工程进度。
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。
3.2 实时动态(RTK)定位的应用
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。
(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，定位时问还会缩短)，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。
(2)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米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，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2～4S，精度就可以达到1～3cm，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。
结合我单位在某高速公路的初步设计与施工图设计勘测阶段，最新的RTK技术在公路测设中具备以下明显功能和作用。
1)道路中线放样
设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。我们知道，道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，我们只要先输入各主控点桩号，然后输人起终点的方位角，直线段距离，缓和曲线距离，圆曲线半径R，这样就可以很轻松放样了，而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用，比起传统的弦线拨
角法要快速得多。另外，如果你需要在各直线段和曲线段间加桩，只需输入加桩点的桩号就行了，剩下工作由GPS来完成。
2)道路的横、纵断放样和土石方量计算
(1)纵断放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。
(2)横断放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输人到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以帮助你自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用RTK到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。
4 RTK技术的优点
(1)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)。
(2)彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率。
(3)作业效率高，每个放样点只需要停留1～2s，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0.8～1.5km3的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
(4)在中线放样的同时完成中桩抄平工作。
(5)应用范围广一可以涵盖公路测量(包括平、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。
(6)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。
5 建议
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，在公路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---RTK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。
参考文献
[1]刘基余.李征航，王跃虎等.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社，1993.2.
[2]刘基余.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社，1993.
[3]邓中卫.GPS技术、应用与市场[M].北京：航空工业出版社。1996.
[4]杜道生、陈军等.RS、GPS、GIS的集成与应用论文集[C].北京：测绘出版社，1995.9.
[5]王广运等.差分GPS定位技术与应用D幻.北京：电子工业出版社1996.3.
关键词：GPS-RTK；公路测量；实时动态；精度；观测
中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：
1 GPS构成及特点
1.1 GPS构成
GPS系统由空间部分、地面监控部分和用户设备部分3部分组成：1)GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座。其由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星共24颗卫星组成，均匀分布在6个轨道上。轨道平面的倾角为55°，轨道的平均高度为20200km，运行周期为11 h 58 min(恒星时)。2)GPS系统的地面监控部分目前由5个地面站组成，包括主控站、信息注入站和监测站。3)GPS系统的用户设备由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微机处理机及其终端设备组成。
1.2 GPS 测量特点
GPS 测量具有如下特点：
(1)测量精度高，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10-6，在大于1000km
的基线上可达1×10-8；
(2)测站间无需通视，GPS测最不需要测站间相互通视，根据需要确定点位；
(3)观测时间短，进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位
仅需几秒钟；
(4)仪器操作简便，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机
即可进行自动观测和记录；
(5)全天候作业，GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证连续进行观测，一般不受天气
状况的影响。
2 GPS技术在公路测量中的应用
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、設计、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，公路勘测中虽然已经采用电子全站仪等先进仪器，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度、难度大，且效率低，往往都会延长设计周期。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设，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据；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相关的介绍。
3 GPS-RTK技术在公路测量中的应用
3.1实时动态(RTK)定位技术
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，这样则降低了GPS测量的工作效率，甚至有时候耽误了工程进度。
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。
3.2 实时动态(RTK)定位的应用
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。
(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，定位时问还会缩短)，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。
(2)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米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，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2～4S，精度就可以达到1～3cm，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。
结合我单位在某高速公路的初步设计与施工图设计勘测阶段，最新的RTK技术在公路测设中具备以下明显功能和作用。
1)道路中线放样
设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。我们知道，道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，我们只要先输入各主控点桩号，然后输人起终点的方位角，直线段距离，缓和曲线距离，圆曲线半径R，这样就可以很轻松放样了，而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用，比起传统的弦线拨
角法要快速得多。另外，如果你需要在各直线段和曲线段间加桩，只需输入加桩点的桩号就行了，剩下工作由GPS来完成。
2)道路的横、纵断放样和土石方量计算
(1)纵断放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。
(2)横断放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输人到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以帮助你自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用RTK到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。
4 RTK技术的优点
(1)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)。
(2)彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率。
(3)作业效率高，每个放样点只需要停留1～2s，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0.8～1.5km3的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
(4)在中线放样的同时完成中桩抄平工作。
(5)应用范围广一可以涵盖公路测量(包括平、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。
(6)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。
5 建议
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，在公路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---RTK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。
参考文献
[1]刘基余.李征航，王跃虎等.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社，1993.2.
[2]刘基余.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社，1993.
[3]邓中卫.GPS技术、应用与市场[M].北京：航空工业出版社。1996.
[4]杜道生、陈军等.RS、GPS、GIS的集成与应用论文集[C].北京：测绘出版社，1995.9.
[5]王广运等.差分GPS定位技术与应用D幻.北京：电子工业出版社1996.3.