本文以GPS 在道路工程中的應(yīng)用為研究對(duì)象，從作者的工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，首先簡要介紹了GPS 技術(shù)與傳統(tǒng)測量技術(shù)之間的差別，而后詳細(xì)探討了GPS 在道路工程測量中的應(yīng)用及GPS 道路工程測量的發(fā)展方向，相信對(duì)相關(guān)行業(yè)的從業(yè)者有著重要的參考和借鑒意義。
　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System 簡稱GPS），是以人造地球衛(wèi)星為觀測對(duì)象的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)能為用戶提供精密的三維空間坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)物體的三維速度和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，具有全球性、連續(xù)性和全天候的功能。它由導(dǎo)航星座、地面臺(tái)站和用戶定位設(shè)備三部分組成。導(dǎo)航星座是由24 顆位于地球上空約兩萬公里軌道上衛(wèi)星網(wǎng)所組成，它們分布在6 個(gè)不同的軌道面上，這6 個(gè)軌道面與赤道平面傾角為550。軌道相互間隔120°，相鄰軌道面鄰星相位差為40°，運(yùn)行周期為11h8min，衛(wèi)星網(wǎng)的這種布置格局保證了在地球上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻至少能同時(shí)觀測4 顆衛(wèi)星，最多時(shí)可觀測到11 顆衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三維精確定位。衛(wèi)星發(fā)射有三種信號(hào)，即精密的P 碼（ 廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域） 、非精密的捕獲碼C / A （ 用于民用方面） 和導(dǎo)航電文。地面臺(tái)站由一個(gè)主控站、五個(gè)監(jiān)控站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)控站觀測到的數(shù)據(jù)計(jì)算出每顆衛(wèi)星的軌道等數(shù)據(jù)，注人到各衛(wèi)星存儲(chǔ)器。用戶定位設(shè)備即GPS 接收機(jī)，由天線、信號(hào)識(shí)別和處理裝置、微機(jī)操作板、指示器、數(shù)據(jù)存貯器、精密振蕩器、電源六大部分組成，其主要功能是接收衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)并利用本身的偽隨機(jī)噪聲碼取得觀測量以及內(nèi)含衛(wèi)星位置和鐘差改正信息的導(dǎo)航電文，然后計(jì)算出接收機(jī)的三維坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度。
　　隨著GPS 技術(shù)日趨成熟，GPS 產(chǎn)品的不斷升級(jí)，GPS 測量已經(jīng)更加實(shí)用化和自動(dòng)化。在道路勘測設(shè)計(jì)中，運(yùn)用GPS 技術(shù)已使傳統(tǒng)的道路勘測方法發(fā)生了根本的變革，尤其是作為道路地理信息系統(tǒng)（ GIS） 中獲取空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的先進(jìn)手段，對(duì)實(shí)現(xiàn)道路勘測設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和數(shù)字化具有重要意義。
　　
　　1.GPS在道路工程中的應(yīng)用
　　1.1用于建立高精度的道路工程控制網(wǎng)
　　G P S 在道路初測階段的主要任務(wù)是根據(jù)路線的基本走向布設(shè)控制點(diǎn)，進(jìn)行平面控制測量和高程控制測量，作為測繪路線地形圖、定線測設(shè)和施工放樣的重要基礎(chǔ)。利用G P S 衛(wèi)星定位技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)線法進(jìn)行路線控制測量，并具有布網(wǎng)靈活、外業(yè)觀測速度快、全天候作業(yè)、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)內(nèi)業(yè)處理要在統(tǒng)一坐標(biāo)系下提供控制點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)信息。
　　目前，國內(nèi)已基本采用G P S 技術(shù)建立線路高精度首級(jí)控制網(wǎng)，如滬寧、寧杭高速公路的全線就是利用C P S 建立了首級(jí)控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。廣東省地質(zhì)測繪院利用win200GPS 接收機(jī)的快速靜態(tài)定位功能已建立了數(shù)百公里的高精度G P S 道路控制網(wǎng)，取得了良好的效果。
　　1.2GPS 用于道路施工放樣
　　利用G P S R T K 技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量，是G P S 測量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破。期限基本原理是，在基準(zhǔn)站上安置1 臺(tái)G P S接收機(jī)，對(duì)所有可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過發(fā)射臺(tái)實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動(dòng)觀測站。在流動(dòng)觀測站上，GPS 接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)通過接收電臺(tái)接收基準(zhǔn)確性站傳送的數(shù)據(jù)，然后利用電子手簿根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地求解出厘米級(jí)的流動(dòng)站的動(dòng)態(tài)位置（ X 、Y 、Z） 。在道路勘測中，應(yīng)用R T K 技術(shù)進(jìn)行定線測量，可同時(shí)一次完成傳統(tǒng)測量方法中的放線、中樁、中平等工作，大大提高作業(yè)效率。基本作業(yè)方法如下：
　�。�1）在路線控制點(diǎn)上架設(shè)一臺(tái)G P S 接收機(jī)作為基準(zhǔn)確性站，流動(dòng)站測設(shè)路線點(diǎn)上架設(shè)一臺(tái)G P S 接收機(jī)作為基準(zhǔn)，流動(dòng)站測設(shè)路線點(diǎn)位燕打樁作業(yè)。
　�。�2）根據(jù)所設(shè)計(jì)的路線參數(shù)（ 圓曲線半徑、緩和曲線要素、交點(diǎn)坐標(biāo)、起始方位角等） ，利用路線計(jì)算程序計(jì)算路線中樁的設(shè)計(jì)坐標(biāo)（ 注： 也可將路線計(jì)算程序計(jì)算路線中樁的設(shè)計(jì)坐標(biāo)集成于G P S 接收機(jī)所配套的電子手簿中，在現(xiàn)場輸人樁號(hào)，隨時(shí)計(jì)算坐標(biāo)） 。
　�。�3）將路線中樁的設(shè)計(jì)坐標(biāo)從微機(jī)中傳輸?shù)诫娮邮植尽?
　�。�4）在流動(dòng)站的測設(shè)操作下，只要輸人要測設(shè)的參考點(diǎn)號(hào)，然后按解算鍵，顯示屏可用時(shí)顯示當(dāng)前桿位于和到設(shè)計(jì)樁位的方向與距離，移動(dòng)桿位，當(dāng)屏幕顯示桿位與設(shè)計(jì)點(diǎn)位重合時(shí)，在桿位處打樁寫號(hào)即可。這樣逐樁進(jìn)行，可快速在地面上敷設(shè)中樁并獲取高程。
　�。�5）在每個(gè)樁位按控制器的記錄鍵，將每個(gè)樁位高程記錄于電子手薄的存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)無紙化記錄。
　　
　　2. GPS將引導(dǎo)道路工程一體化測量
　　2.1道路工程一體化測量的構(gòu)想
　　具有實(shí)時(shí)測量功能的C P S 系統(tǒng)，其精度、速度和可靠性得到了充分的保障。首先，擴(kuò)大實(shí)時(shí)G P S 測量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，它承擔(dān)道路勘測作業(yè)的絕大部分項(xiàng)目，除各級(jí)控制、施工放樣之外，將包括數(shù)字化帶狀地形圖測
　　2.2道路工程一體化測量的實(shí)施
　　利用4 - 5 臺(tái)G P S 實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，在具體作業(yè)中分工如下： 將兩臺(tái)分別架設(shè)在施測沿線相距1 5 ～2 0 公里左右，有利于衛(wèi)星信號(hào)接收和無線電信號(hào)發(fā)送的開闊高地上，作為參考站A 與B （ 不必考慮它們是否已知點(diǎn)），提前兩三分鐘開機(jī)，通過實(shí)時(shí)C P S測量方法將A 站的W G S 8 4 地心坐標(biāo)準(zhǔn)傳遞給B 站，隨后即可同時(shí)開始招待參考站的任務(wù); 另外兩臺(tái)在兩個(gè)參考站有效控制距離長達(dá)30～50 公里帶狀區(qū)域內(nèi)充當(dāng)流動(dòng)臺(tái)，按設(shè)計(jì)的帶寬測量地形圖，并按一定的間距布測概略中線與邊線木樁，實(shí)時(shí)得到它們相對(duì)于兩個(gè)參考站的三維坐標(biāo)，如果彼此互差在± 3 c m （ 或± 5 c m ，由用戶自己設(shè)定） 限差以內(nèi)，取中數(shù)為平差值; 如果還有第5 臺(tái)G P S 可供使用的話，讓它專門從事沿線用兩側(cè)5 ～1 0 公里范圍內(nèi)國家三角點(diǎn)或地方局部近控制網(wǎng)已知點(diǎn)的聯(lián)測。如果只有4 臺(tái)接收機(jī)可供使用的話，這種聯(lián)測只能由分擔(dān)流動(dòng)點(diǎn)測理任務(wù)的兩臺(tái)接收機(jī)在施測過程中就近順便完成。在完成一段作業(yè)任務(wù)后，A 站向線路的延伸方向遷站到C點(diǎn)，并保持B 點(diǎn)不動(dòng)。B 、C 相距15～20 公里左右。同樣C 點(diǎn)坐標(biāo)由B 點(diǎn)通實(shí)時(shí)傳遞獲得。重復(fù)第五段工作方式，完成第二段野外作業(yè)。依此類推，完成全線測量任務(wù)。
　　由于每個(gè)點(diǎn)都有兩個(gè)不同已知點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢核平差成果，各項(xiàng)精度指標(biāo)均在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)，加上參考站坐標(biāo)傳遞如果存在問題，那么在成批算流動(dòng)點(diǎn)位的坐標(biāo)差中必然會(huì)暴露出來。因此，整個(gè)測區(qū)所有點(diǎn)位的W G S 8 4 測量成果是一個(gè)精度均勻、絕對(duì)可靠的、無需進(jìn)行任何內(nèi)業(yè)后處理，只要根據(jù)同平面用高程的已知點(diǎn)位匹配情況進(jìn)行會(huì)標(biāo)轉(zhuǎn)換與高程擬合，輸出測區(qū)的點(diǎn)位成果表，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)與高程系統(tǒng)輸出相應(yīng)的數(shù)字化地形圖，用于輸出修正后的線路模型，并推算出工程的土石方工作量。下一步就可以進(jìn)入GPS 引導(dǎo)下的線路施工、里程樁測設(shè)和竣工驗(yàn)收。毫無疑問，按新的生產(chǎn)工藝流程將大大縮短道路勘測設(shè)計(jì)與施工的周期，降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并有效地降低生產(chǎn)成本。
　　
　　3.結(jié)語
　　將GPS 技術(shù)應(yīng)用于道路工程建設(shè)，結(jié)合傳統(tǒng)的道路勘測作業(yè)方式帶來了巨大變革，使道路測設(shè)水平顯著提高。特別是GPSRTK 技術(shù)應(yīng)用于道路地形測繪、定線測量、施工放樣測量等工作可達(dá)到厘米級(jí)的精度，可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存?zhèn)鬏�，�?shí)現(xiàn)與路線CAD 的集成。無論在道路勘察設(shè)計(jì)單位還是道路施工單位均具有重要的應(yīng)用。
　　
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