GPS技术在二级公路工程勘测中的应用分析

GPS具有全能性(陆地、航空航天、海洋)、全天候、全球性、实时性和连续性的导航、实时和定位的功能，能够提供精密的速度、三维坐标和时间参数。因此，GPS在工程测量、大地控制测量、地图测绘和航空摄影测量等领域被广泛的应用。在二级公路工程勘测中， GPS全球定位系统技术的运用改变了传统公路的测量方式，对提高二级公路工程勘测水平有着重要的意义。

一、GPS系统的组成

在空间卫星系统中由24颗高轨道卫星构成，24颗卫星均匀分布在六个轨道中。每个轨道的平面与赤道平面成55度倾角，各轨道的平面间距一般是60度。在同一轨道相邻的两颗卫星交角间距差为90度。这使得整个卫星系统可以确保地球的任何一个地点都能满足4颗以上的可视卫星。

地面监控系统主要是由美军基地及美国的主控站、注入站和监测站共同构成的。地面监控系统的主要功能是向每颗卫星注入导航电文，同时也对空间卫星系统加以控制监测[1]。

用户接收系统中是由GPS卫星接收机和GPS的数据处理软件构成。GPS卫星接收机主要分为接收单元和天线单元。接收单元的主要作用是为了记录GPS的信号，并对接收的信号进行滤波和解调处理，还可实时获取定位和定时以及测速的数据等。GPS的数据处理器是GPS接收机的核心部分，承担了整个系统的管理、控制与实时数据的处理工作。而天线单元的主要的作用就是负责捕获和跟踪卫星，同时放大和接收GPS的信号。。

二、GPS系统的技术特点

近年来，GPS全球定位系统被技术广泛应用于软件与硬件的开发项目、基础研究、新应用领域的开拓等方面。当前，这种技术普遍应用在工程测量以及大地测量等需测量的工作范围领域中，还是建立工程控制网必要的方式。GPS系统主要有如下几点技术特点;

(1)测站之间无需通视

GPS的这一特点解决了测站间需要相互通视的难题，使得选点更加的灵活方便，但必须要求测站上空开阔，确保接收GPS卫星信号不受到干扰。

(2)定位精度高

一般的红外仪标称精度为5mm+5ppm，双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm， GPS测量的精度跟红外仪的测量精度相当，但是随着距离的增长，GPS测量优越性会越来越明显，大量的实验证明，基线小于50km，其相对定位精度可达到12×10-6，而基线在100km～500km的话定位精度可达10-6～10-7。

(3)观测时间短

如基线小于20km，快速相对定位一般只需要5分钟的观测时间即可。

(4)提供三维坐标

GPS测量能精确的测出观测站的高程，所以能提供出准确的三维坐标。

(5)操作简便

GPS测量基本都是自动化完成的，测量员在观测中的主要任务就是安装并开关仪器和监视仪器工作的状态，GPS测量仪器能自动完成卫星的跟踪、捕获观测等工作。

(6)作业时间无限制性

GPS观测可在任何时间、任何地点连续地进行，且不受天气状况的影响

三、GPS技术在二级公路工程勘测中的应用

GPS技术分为GPS静态测量及和GPS实时动态( RTK)定位技术，笔者总结GPS技术在二级公路工程勘测中的应用，具体有如下几点;

(1)勘测阶段

二级公路的勘测阶段，首先应进行控制测量，根据路线的基本走向设置控制点，进行平面、高程控制测量，作为测绘路线的施工放样、定线测设和地形图的重要基础。利用GPS技术可以替代传统的导线法进行路线控制测量，具有外业观测速度快、布网灵活、定位精度、高全天候作业等优点,，经处理可提供统一坐标系下的控制点的三维数据。

(2)应用于数据的采集、施工定位和控制测量

在传统的定位方法中地形图本身所有的误差和人为因素造成的误差，这使得结果出现很大的误差。但是应用GPS技术，就可以对实测样地进行准确的定位。将GPS系统运用在二级公路工程的测量当中，在GPS的静态定位技术中，它能布设精准的工程控制网，且会应用到精密公路的工程测量中去。将GPS系统的测量技术运用到二级公路勘测设计中去，能够高效、快速并且准确地提供出点、线、面的各个要素的准确坐标，有助于二级公路勘测设计的调查工作的完成。在二级公路工程的勘测过程中，它已经成为一种重要的手段和工具[2]。

(3)应用于确定二级公路用地面积

GPS技术在估算工程量，道路位置的确定，用地界限的确定，以及对二级公路周边的道路和农田以及建筑物地形图的测量工作等具有非常重要的作用。传统测量方法在深山中与高建筑群中进行一般的测量时难度较大，但如果应用GPS定位技术系统就能相对较易，还可以精确的测定路线的位置与用地面积等，与此同时，还可以绘制精密的二级公路路线的平面布置图和二级公路路线地形。并且在二级公路地形调查的过程当中，应用GPS定位系统的技术还能提高工作的效率和放样点定位的精准度，能够有效的解决因引线测量定位的误差以及地形图的误差所带来的问题。

(4)应用于二级公路建设

将GPS技术应用到公路建设当中去提高了公路勘测水平。GPS动态定位技术的运用让施工放样的测量、对道路地形的定线测量以及测绘等工作的精度有较大水平的提高，并且更加方便数据储存和传输。因此，无论是对于二级公路施工还是二级公路勘测都是具有重要的作用。GPS实时动态定位系统的基准站能跟很多流动接收机配合起来使用，如果加大电台的功率和加高基准站的天线，数据通信范围就能达到几百公里，所以在二级公路的建设中，施工单位和公路勘察部门可共同建立GPS的实时动态系统，实现资源的共享，各施工单位只要购置流动设备就行，这样不但能减小投资，而且还能加快工程的进度。

(5)应用于线路勘察设计

在二级公路的选线过程中，一直存在的一个问题就是该怎样准确地选择路线才能够避开居民点和农田及地势崎岖的地带，这就可以利用实时动态( RTK)定位技术，把车载GPS-RTK接收机做为流动站，按原路中线方向进行间隔数据采集，并另选择一个已知点作为参考站，遇到重要地物就进行准确定位，完毕后再将数据导入到计算机中，利用软件就能在计算机上进行选线[3]。公路工程设计人员在地形图上定线后，还应把公路中的线在地面上也标定出来。

(6)公路的横、纵断面放样

RTKG PS动态测量技术在断面放样中的应用。横断面放样时，应先确定出横断面的型式(挖、填、半挖半填)，然后再把横断面设计的数据输入到电子手簿中(如路肩宽度、边坡坡度、超高、路幅宽度、设计高、加宽)，并对生成的施工测设放样点文件进行储存，并随时都能到现场进行放样测设。纵断面放样时，应先将需要放样的数据输入到电子手簿中(如竖曲线半径、直线正负坡度值、各变坡点桩号)，并对生成施工测设放样点文件进行储存，并随时都能到现场进行放样测设。通过绘图软件，能绘出各点的横断面和沿线的纵断面图。

(7)绘制大比例尺地形图

二级公路选线多是在1:500或1:1000的大比例尺带状地形图上进行的[4]。使用传统方法进行测图，要先建立控制点，然后进行碎部测量，再绘制出大比例尺的地形图。而应用RTKGPS动态测量技术，只要在沿线飞每个碎部点上停留两分钟，就能获得各个点的高程和坐标。然后结合点的属性信息及特征编码，将这点的组合数据导入计算机，就能用南方CASS等绘图软件绘制成图，这样极大的降低了测图难度，提高了工作效率。

四、结束语

GPS技术在二级公路工程勘测中具有革命性的作用，改变了过去勘测的精度低，操作不方便等一系列问题。

参考文献：

[1] 徐志刚，GPS系统在公路勘测设计中的应用研究，中小企业管理与科技(下旬刊)，2011年05期;

[2] 程睿，GPS在高速公路勘测设计中的应用，中国水运(下半月)，2009年06期;

[3] 郭亚真，陈通，霍林，GPS 技术在高速公路测量工程中的应用探讨，科技信息，2009年04期;

[4] 刘相灵，GPS 技术在公路工程控制测量中的应用思路探讨，科技资讯，2011年第15期;