GPS在胜利路道路工程测量中的应用

摘要：本文简述了GPS测量技术的发展状况，简单介绍了GPS测量的特点，重点介绍了GPS在工程控制测量中的应用。
关键词：全球定位系统；GPS；工程测量；控制测量；
中国分类号：TU11 文献标识码：A   文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02

一、引言
随着我国城市建设的不断发展，各种大型工程的不断出现，GPS(Global Positioning System)全球定位系统的建立为工程测量工作提供了一个崭新的定位测量手段，由于GPS定位技术具有精度高、速度快、成本低等显著优点，因而在城市与工程控制网的建立、更新与改造中得到了广泛的应用。应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于桥梁工程、隧道工程、道路工程与管道工程以及精密设备安装工程等；应用GPS实时动态定位技术进行各种工程测量，如道路施工放样，桥梁、高层建筑物的动态监测等。GPS的出现和应用对工程测量起到巨大的推进作用，目前GPS测量技术在道路、隧道等工程中主要用于建立工程测量控制网及动态RTK测量。
二、GPS定位系统的概述及特点
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。自1980年第一台商用GPS接收机问世以来，随着GPS工作卫星的不断入轨和GPS接收机性能的不断提高和改进，GPS测量技术已广泛应用于我国国民经济建设的各个部门。
相对于传统的测量学来说，GPS测量主要有以下特点：
1、定位精度高；2、测站之间无需通视；3、观测时间短；4、仪器操作简单；5、功能多、用途广；6、可提供全球统一的三维坐标；7、全球全天候定位。
三、静态GPS测量建立工程控制网的步骤
静态GPS测量技术在工程中主要用于建立工程首级控制网，控制网的建立步骤如下：
第一步：踏勘选点。组织测量人员对路线的走向，沿线的地形、地貌进行初步勘查，调查沿线可选作GPS点的位置情况，同时调查路线附近是否有高等级的GPS点，以便进行控制点联测。
第二步：控制网设计。GPS控制网的布设应根据公路等级、沿线地形地物、作业时卫星情况、精度要求等因素进行综合设计。
第三步：选点、埋石。实地进行GPS点的选点，并埋石，选点时应按照技术设计要求，选择有利于采用其他测量方法扩展和联测的地点。
第四步：架设仪器观测。GPS点观测的共同时间、有效观测卫星总数等应该满足规范要求，我们在外业的观测中规定观测时间不得少于半个小时，有效观测卫星数不少于4颗。
第五步：观测数据的处理。外业观测技术后将GPS中的数据传入计算机中，采用相应仪器公司的软件，及时进行数据处理和质量分析，过程可分为基线解算与检核、GPS控制网平差计算两个步骤。
第六步：GPS控制网进行加密。根据工程需要利用全站仪测量附合导线的方法进行首级GPS控制网的加密作业，将路线按GPS点的分布分成若干段，每一段单独进行附合导线的测量，保证每一段附合导线起始于GPS点，终止于GPS点。
第七步：导线点坐标及平差计算。将每段附合导线测量数据传输到计算机中进行角度、距离平差得到最后结果。
四、应用实例
胜利路东段拓宽改造工程西起西岗区市场街，东至中山区中南路，主线双向6车道，车行道宽23米，总长度3870米，其中桥梁464米，南山隧道（双洞）长2806米，道路长2000米。南山隧道工程北线长1401米，南线长1405米，为双向6车道，每个方向3车道，设两处人行横洞，一处行车横洞。
4.1  GPS首级控制网的建立
本次控制测量共布设5个GPS点，SJY1、LHT1两个已知点作为起算点，布设控制点进行测量
该控制网由3台Ashtech Z-Xtreme GPS接收机作业，静态标称精度±（5mm+1ppm），观测时间为45~60min，数据采样间隔为10s。
4.2  关键环节的把握
本线路所有平面控制点均按四等GPS点观测值表进行施测，采用边连式进行数据采集；观测时段长度除要考虑规范要求外，还充分考虑到点位的净空条件、卫星状况、基线长度、使用仪器性能等因素，酌情决定是否做适当的延长。
4.3 内业处理及精度评定
内业处理使用Ashtech Solutions 2.6对观测数据进行处理解算。首先进行粗差检验，再进行基线解算，然后在WGS-84坐标系下进行三维自由网平差，最后在此基础上进行城建坐标系的二维约束平差。精度统计如表1所示：

向量	X残差	Y残差	Z残差	径向残差	平面相对精度（ppm）
SJY1 – 4GC42	-0.003	-0.002	0.002	0.004	0.9
DST1 – 4GC42	0.002	0.005	0.004	0.007	0.5
DST1 – SL07	-0.002	0.002	0.000	0.003	0.7
D108 – SL06	0.001	-0.004	0.000	0.004	0.5

表1
相邻通视点GPS解算基线长度结果与全站仪测距结果进行检核，检核结果如表2所示：

检测向量	坐标反算边长（m）	全站仪检测边长（m）	差值（m）
DST1 – 4GC42	252.893	252.895	0.002
DST1 – SL07	740.309	740.306	-0.003
D108 – SL06	520.439	520.442	0.003

表2
五、GPS RTK动态测量的应用
    使用GPS进行动态定位时，GPS分为参考站（基准站）和流动站两种，一般参考站为一台GPS加发射电台，流动站至少一台GPS，也可安排两台（或多台GPS），通常称为“1+1”或“1+2”。参考站的作用是把GPS观测值和所设站的已知坐标数据通过数据链发送给流动站，流动站的作用一是采集GPS观测的数据；二是在采集数据的同时接收数据链发送来的参考站数据，在流动站形成差分观测值后实时定出流动站的三维坐标。一般来说，流动站可处于静止状态，也可以处于运动状态，可在一个已知点上初始化后再进行动态作业，也可以在运动状态下进行初始化，并在动态条件下解求出整周模糊度，求出整周模糊度后，则每个历元都可进行实时定位，但必须保证始终锁住4颗或4颗以上的卫星。至于整周模糊度的解算方法种类很多，这也是目前许多学者研究的课题之一。
    使用RTK作业有如下优点：
　  1、RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。
　　2、降低了作业条件要求。
　　3、定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。
　　4、作业人员少、作业效率高。
　　5、操作简便、数据处理能力强。
    本次工程采用“1+1”动态测量模式进行工程碎部测量，包括现有地形补测、道路的原地面纵断高程及横断高程测量、南山隧道纵断面原地面高程、道路中线放样、动迁线放样等。测量精度达到规范及工程要求。
六、结束语
通过工程实践我们可以知道，利用GPS技术在工程中的应用，既保证了作业精度，也提高了作业效率，缩短了施工工期，同时取得了良好的经济效益和社会效益，GPS技术在未来的测量工作中必将得到更广泛的应用。
参考文献：
[1] 周立；GPS测量技术[M]；北京：黄河水利出版社，2006.
[2]钟孝顺，聂让．测量学[M]．北京：人民交通出版社，2003.