浅谈GPS技术在市政工程测量方面的应用

　　摘要：阐述了GPS技术在工程应用上的优势，介绍了GPS的定位方式、在市政工程测量中的一些应用以及与传统作业相比的优缺点，指出它在今后的各个领域都会有更广阔的发展空间。

　　关键词:GPS技术，测量，放样，定位，市政

　　如今GPS技术在工程应用中更加普及,比如矿山测量,交通土建选线,城市建设等等。但是GPS由于布设价格的昂贵,所以不会被大范围应用到一般的土建和交通建设中,它只是作为提供控制用.例如:在工程建设开始阶段,交付几个GPS控制点,作为导线和三角网的基线,由它们向外扩展,用全站仪引出加密点或是作为静态的GPS基线,配合RTK来进行动态图籍测绘。但是在90年代以后,平面控制测量基本都被GPS取代。

　　1. 概述

　　全球定位系统(GlobalPositioingSystem)卫星定位技术是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统,随着数字地球概念的深入和发展,不断的改进、完善其硬件和软件，以其自动化、高效益、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时等功能及显著的特点,能为各类用户提供精密的三维坐标.速度和时间,GPS系统的用户是非常隐蔽的,它是一种单程系统,用户只需接收而不必发射信号,因此用户的数量也是不受限制的,赢得了广大用户的信赖,并成年感的应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、地形地籍测量、海洋测绘、地球动力学、资源勘察等学科,加快了整发世界向前发展的进程。

　　2. GPS的定位方式

　　按定位方式,GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位).单点定位就是根据一台接收机的观察数据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位.相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相对观测量,大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位.对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式.而按照用户天线可分为动态定位和静态定位。

　　1.1 动态定位

　　在定位观测时,若载体上的接收机在跟踪GPS卫星的过程中相对于地球表面运动,接收机用GPS信号实时的测得运动载体的状态参数。则称为动态定位.动态定位的特点:逐点测得，多余观测量少，精度较低。依目前GPS定位的精度动态定位可分为:a.20m左右的低精度定位,如用于车船等概略导航定位的伪距单位定位;b.5m左右的中等精度定位,如用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位;c.厘米级的高精度的定位,如用于测量放样等的厘米级的相位差分定位(RTK),其中实时差分定位需要数据将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。

　　1.2 静态定位

　　在定位观测时,若接收机在跟踪GPS卫星的过程中相对于地球表面静止,则称为静态定位.接收机高精度的测量GPS信号的传播时间,联合GPS卫星在轨的已知位置,从而解算出固定不动的接收机所在位置的三维坐标.静态定位的特点:多余观测量大，定位精度高，可靠性强,在进行控制网观测时,一般均采用这种方式由几台接收机同时观测,它能最大限度地发挥GPS的定位精度。

　　3. GPS在市政工程测量中的应用

　　随着国民经济的飞速发展,城市的现代化建设也加快了脚步,老城区街道的拓宽改造及配套管线设施的改造,而且城市开发区的建设也为城市注入了新鲜血液,但面对测绘行业日益激烈的市场竞争,必须用高效率。下面对RTK(相位差分定位)在市政工程测量中的一些应用:

　　3.1 道路放样：

　　在市政测量中,作为勘测设计单位,在带状地形图测量和道路纵横断面以及配套管线断面的测量之前,要对道路中桩进行放样或舌必要的导线点,以便下一步工作的顺利进行,特别是在旧道路的改造中,保留原路基进行补通,更要求中线的精确放样,以确保道路纵横断面的准确测量,而且作为勘测设计单位,也要给施工单位提供一些中桩或导线点。对大部分市政施工单位来说,一般都有全站仪或经纬仪,很少有GPS设备,所以早中桩放样时要放一些位置较好且能够相互通视的点,不能通视的点放出之后也没有多大用处，利用已知GPS点或导线点进行RTK中桩放样过程如下：

　　3.1.1外业前的准备：

　　利用AtouCAD绘图软件,按照道路规划部门提供的规划资料,将道路中线模拟成图,并按照设计要求进行桩号排定,提取道路中交点.直圆点.缓圆点、曲中点、圆点缓、缓直点、直圆点、圆直点等点为坐标及特殊桩号位置对应的坐标。中桩点的坐标可以杂测量现场即时输入,也可以在外业前以文件的形式输入手簿并保存,现场放样时直接调人文件从中选者点号即可。

　　3.1.2GPS放样;

　　(1)基准站架设：当已知点位置比较好时,基准站可以架设在此点上,当已知位置较低或有遮挡时,可以将基准站架设于位置较高无遮挡的位置,以利于信号的接收和电台功率的利用。

　　(2)将手簿与移动站安装好并开始放样,采用GPS放样中的点放样。点放样界面显示点放样时的详细信息,如果放样距离差小于3米,图形将会显示正北方向.参考方向及目标点。如果放样距离大于3米,则蓝箭头将指向应该移动的方向.测量员可根据显示屏的提示信息进行方位的调整,当放样距离差小于水平距离限差设定值时,图形以圆点显示目标点,并在右侧显示点的参数。

　　(3)在市政工程中,主要中桩指道路交点、直圆点、缓圆点、曲中点、圆缓点、缓直点、直圆点、圆直点等。但事实上,在施工过程中如果仅有中桩是不够的,它必须有中线才能确定其位置。道路施工测量放样不是单单依靠中桩,其最终是由一些主要中桩连结正线确定的。表面上看是一些中桩点,其实是线。该线是测量时用来控制整个路线方向和确定中线位置的,中桩是施工中应用来放样的,中桩放样完毕,施工单位还必须要进行穿线。

　　3.2RTK技术全野外数字测图

　　采用RTK技术进行测图时,选择进入点测量功能进行单点测量,并显示测量过程。架设好基准站后,仅需一人携带流动站在待测的碎部点上呆一两秒钟,并同时输入特征编码,通过电子手簿或便携式电脑纪录,在地形较复杂的情况下,最好是现场画出草图,以便内业时编图。在点位精度合乎要求的情况下,把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或早野外,把外业采集数据导出到电脑,由专业测图成图软件编辑成图,输出所需的地形图。GPS系统在实际测量工作中的应用，公路工程的测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。

　　4. RTK与传统作业相比的优缺点:

　　4.1彻底摆脱了由于粗差或传统作业方式中人为误差造成的重返工,提高了GPS作业效率，大大缩短了工期。

　　4.2实时动态显示经可靠性检验,可获得厘米级精度的测量成果(包括高程)。

　　4.3在中线放样的同时完成中桩抄平工作.但对于高程精度要求比较高的道路工程仍需要用进行常规的水准测量。

　　4.4应用范围广可以涵盖道路测量(包括平面图.纵横断面),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。

　　4.5如辅助相应的软件,RTK可与全站仪联合作业,扬长避短,充分发挥RTK与全站仪各自的优势。

　　4.6但需要指出的是在影响GPS卫星信号接收的遮蔽地带,仍然需要使用全站仪，测距仪，经纬仪等传统测量工具,采用解析法或图解法进行细部测量,因此在具体的测量工作中要求我们根据实际情况,采用新老结合切实可行的方法。

　　5.结束语

　　GPS技术的发展日新月异,包括GPS卫星静态和RTK都深入到生产生活中,随着GPS，GIS，RS及其他科学的不断相互渗透,它的应用也将越来越广泛。这里也有我们需要注意的,GPS由于参数设定的问题,在测量高程是产生的误差也是很大的,这个跟球体有关。总的来说现在的GPS可以用在,土建,交通,地籍测绘,海洋测绘,国土资源,城市规划,空间测量,急救等等领域,是一种多元化学科，以后的发展会更加的广阔。

　　参考文献：

　　［1］ 谢绍敏;GPS在工程控制测量中的应用[J];科技资讯;2006年18期；

　　［2］ 王立富,王永国,周晓愚;GPS基线评估与优化[J];东北测绘;2000年04期；　　

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