GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用及前景

　　全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。單點(diǎn)導(dǎo)航定位與相對(duì)測地定位是GPS應(yīng)用的兩個(gè)方面；對(duì)常規(guī)測量而言相對(duì)測地定位是主要的應(yīng)用方式。

　　相對(duì)測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實(shí)現(xiàn)高精度測量，其原理是采用載波相位測量局域差分法：在接收機(jī)之間求一次差，在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測歷元之間求二次差，通過兩次差分計(jì)算解算出待定基線的長度；求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)算法模型，設(shè)計(jì)了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測、國家大地測量、大壩變形觀測等高精度測量；快速靜態(tài)測量以其高效的作業(yè)效率與厘米級(jí)精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測量；而RTK測量以其快速實(shí)時(shí)，厘米級(jí)精度等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集(如碎部測量)與工程放樣中。RTK技術(shù)代表著GPS相對(duì)測地定位應(yīng)用的主流。

　　GPS測地型接收設(shè)備是實(shí)現(xiàn)測地定位的基本條件，接收機(jī)有單頻與雙頻之分，雙頻機(jī)能以L2觀測值修正電離層折射影響，最適宜于中、長基線(大于20km)測量，具有快速靜態(tài)測量的功能，可升級(jí)為RTK功能；單頻機(jī)適宜于小于20km的短基線測量，對(duì)于一般工程測量具有良好的性能價(jià)格比。RTK系統(tǒng)由GPS接收設(shè)備、無線電通訊設(shè)備、電子手薄及配套設(shè)備組成，整套設(shè)備在輕量化、操作簡便性、實(shí)時(shí)可靠性、厘米級(jí)精度等方面的特點(diǎn)，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。鑒于GPS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星數(shù)有限，在對(duì)空通視受遮擋的條件下，不能保證正常解算，影響定位的精度和可靠性。實(shí)踐表明，單頻GPS系統(tǒng)由于多環(huán)境的制約，存在著很大的局限性。隨著俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(CLONASS)的不斷完善，利用GLONASS來改善GPS性能的雙星座系統(tǒng)(GLONASS+GPS)已由美國Ashtech公司研制成功，這種全天候、全地域、高精度的系統(tǒng)為用戶提供了更為完善的接收設(shè)備，雙星座系統(tǒng)的接收設(shè)備GPS接收設(shè)備的新水平。

　　2 GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景

　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長的西部大開發(fā)的實(shí)施，我省的高等級(jí)公路建設(shè)迎來前所末有的發(fā)展機(jī)遇，這就對(duì)勘測設(shè)計(jì)提出了更高的要求，隨著公路設(shè)計(jì)行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展，公路設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)CAD化，有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持；建立勘測、設(shè)計(jì)、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié)，是公路勘測設(shè)計(jì)“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求，也是影響高等級(jí)公路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”所在。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備，但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強(qiáng)度大，且效率低，大大延長了設(shè)計(jì)周期?？睖y技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造，在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。當(dāng)前，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測理，為勘測階段測繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測量提供依據(jù)；在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網(wǎng)，這僅僅是GPS在公路測量中應(yīng)用的初級(jí)階段，其實(shí)，公路測量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位)技術(shù)的應(yīng)用之中，RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用，有著非常廣闊的前景。下面就RTK技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用作簡單的介紹。

3 RTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用

　　3.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)簡介

　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS(RTDGPS)技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。眾所周知，無論靜態(tài)定位，還是準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位等定位模式，由于數(shù)據(jù)處理滯后，所以無法實(shí)時(shí)解算出定位結(jié)果，而且也無法對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，這就難以保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在實(shí)際工作中經(jīng)常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果。解決這一問題的主要方法就是延長觀測時(shí)間來保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，這樣一來就降低了GPS測量的工作效率。

　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測待測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測時(shí)間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

　　3.2 應(yīng)用

　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。