中国西部科技 ２０１ ｌ￣．ｏｓ月（中旬）第１０卷第１４期总第２４７期 张新盈。 汪 洋 （１．郑州水利学校，河南郑州４５０００８； ２．郑州工业贸易学校，河南郑州４５０００７） 摘要：ＧＰＳ．￣术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔。尤其是实时动 ＧＰＳ（ＲＴＫ）测量技术特点，介￣ｇＧＰＳ技术在 态（ＲＴＫ）定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力，分析传统测量技术公路测量中的应用。 关键词：公路测量；ＧＰＳ；静态定位；动态定位 Ｄ０Ｉ：１ ０．；３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１ ６７１—６；５９６．２Ｏ１ １．１ ４．０１ ６ ｌ 引言 全球卫星定位系统（ＧＰＳ）是美军７Ｏ年代初在“子午 仪卫星导航定位”技术上发展而起的具有全球性、全能 性、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。目前， 全球定位系统已广泛应用于工程建设领域中，在道路与桥 梁的建设中的应用，我国还处于Ｉ￣Ｊ，ＢｔＪ起步的阶段，随着经 济的发展和ＧＰＳ技术应用研究的逐步深入，ＧＰＳ在公路建设 中，必将显现更大优势。 ２ ＧＰＳ原理及测量模式 ２．１ ＧＰＳ原理 ２４颗ＧＰＳ卫星在离地面１２０００公里的高空上，以１２小时 的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意 一点都可以同时观测到４颗以上的卫星。由于卫星的位置 精确可知，在ＧＰＳ观测中，我们可得到卫星到接收机的距 离，利用三维坐标中的距离公式，利用３颗卫星，就可以 组成３个方程式，解出观测点的位置（Ｘ，Ｙ，ｚ）。考虑到 卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有４个未知 数，ｘ、Ｙ、ｚ和钟差，因而需要引入第４颗卫星，形成４个 方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 ２．２ ＧＰＳ测量模式 ＧＰＳ￣，０量模式可分为静态测量和动态测量两种模式， 而静态测量模式又分常规静态测量模式和快速静态测量模 式，动态测量模式分准动态测量模式和实时动态测量模 式。 （１）常规静态测量。这种模式采用两台（或两台以 上）ＧＰＳ接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步 观测４颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测 ４５分钟以上的时间。这种模式一般可以达Ｎ５ｍｍ十ｌｐｐｍ的 相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级 大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基 线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建 立等。 （２）快速静态测量。这种模式是在一个已知测站上 安置一台ＧＰＳ接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫 星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分 收稿日期：２０１１一Ｏ３—１０修回日期：２０１１－０３－３１ 作者简介：张新盈（１９７７一），男，郑州水利学校助理讲师。 ３４ 钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地 籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有 ５颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过 ２０ｋｍ。 （３）准动态测量。这种模式是在一个已知测站上安置 一台ＧＰＳ接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动 站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几 个历元数据。这种方法不同于快速静态，除了观测时间不一 样外，它要求移动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在 已知点或用其它方式进行初始化。这种模式可用于开阔地区 的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测 量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有５颗 以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过２０ｋｍ。 （４）实时动态测量：ＲＴＫ。ＲＴＫＮ是以载波相位观测量 为根据的实时差分ＧＰＳＮ量，它是ＧＰＳＮ量技术发展中的一个 新突破。基准站将观测数据发送到移动站，移动站接收机再 采用更先进的在机处理方法进行处理，得到的精度一般为 ２ｃｍ左右。 ３ ＧＰＳ测量的特点 （１）实时ＧＰＳＮ量保留了所有经典ＧＰＳ功能。如静态测 量，快速静态测量等，观测数据亦可采用后处理的方式。静 态测量数据后处理的方式，是高精度控制测量中的理想方 法。由于后处理定位的实时定位可以同时进行，所以能做到 彼此互补，发挥各自特长。 （２）经典的ＣＰＳＮ量因不具备实时性，而不能有用来放 样，放样工作还得配备传统的测量仪器，实时Ｃｐｓ￣ＪＪ量弥补 了这一缺陷。放样精度可达到厘米级。 （３）实现实时ＧＰＳ￣＇ｊ量的关键技术之一是快速解算载波 的整周未知数。用经典的静态相对定位法，解得整周未知数 并达到足够精度，往往需要１个小时甚至更长的时间。在实 时ＧＰＳＮ量中，尽管初始化时间和长短受到跟踪观测的卫星 数，几何图形强度、多路径效应、电离层干扰等诸多因素影 响，但已可在数分钟之内完成。如借助快速动态定位，约需 ３分钟；如采用动态环境下的初始化，约需１分钟；如在已知 点上进行初始化，仅有几秒钟足够。这样，测量中即使遇到 障碍物造成失锁，也可在重新捕获到卫星后数分钟内完成 ４．４施工测量 整周未知数初始化，继续进行测量。 实时ＧＰＳ系统既有良好的硬件，也有极为丰富的软件可 （４）由于实时ＧＰｓ测量成果是在野外观测时实时提 供选择，施工中点、线、面以及坡度等放样均很方便、快 供，因此能在现场及时进行检核，避免外业工作返工，例 捷．精度可达厘米级。 如，整周未知数初始化和测点点位精度等信息均可在作业 ４．５绘制大比例地形图 现场进行核对。 高等级公路选线多是在大比例尺（通常是１：２０００或 （５）能够接收￣ｆＪＧＰＳ信号的任何地点，全天２４小时均 １：１０００）带状地形图上进行，用传统方法测图，先要加密 可进行实时ＧＰＳ￣Ｏ量的放样。 控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。其 （６）完成基准站的设置后，整个系统只需一人持流动 工作量大、速度慢，花费时间长。在ＧＰＳ静态建立的控制网 站接收机操作。也可设置几个流动站，利用同一基准站观 基础上，用ＧＰＳ动态测量采集碎部点的数据。其采集速度相 测信息各自独立开展工作。 当快，在室内把碎部点属性信息输入计算机，即可由绘图 ４ ＧＰＳ在公路工程测量中的应用 软件成图，大大降低了测图的难度，既省时又省力。 ４．１公路控制网的建立 ５ 小结 按ＧＰＳ勘测规程要求，每０．５～ｌｋｍ间设一控制点，其等 通过以上对ＧＰＳ￣ｔＪ量的应用的探讨，可以看出ＧＰＳ在公 级依公路等级而定。根据规范，高速公路要求的控制等级 路工程的控制测量上具有很大的发展前景。 为一级小三角或一级导线。因此，做等级控制时必须使首 （１）ＧＰＳ作业有着极高的精度。它的作业不受环境和 级控制点交子这一等级，而首级控制必须做到四等以上。 距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程 为此，在搜集资料时必须把测区内的国家三、四等控制点 地区等。 资料搜集齐全。同时，在布设首级控制网时应在５～ｌＯｋｍ内 （２）ＧＰＳ测量可以大大提高工作及成果质量。整个作 布设一首级控制点，以便发展加密控制。 业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自 在确立布网等级和方案后，可按以下步骤建立公路控 动数据预处理、自动平差计算。 制网。（１）选点：以选线及控制人员为主，选择便于工作 （３）ＧＰＳ—ＲＴＫ技术将彻底改变公路测量模式。ＲＴＫ能实 及以后应用的点位。（２）埋石：按勘测规范要求，埋选标 时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路 石，并现场做好点记。（３）实测：根据所使用的仪器标称 线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测 精度和规范的相关要求进行实测。 （４）进行平差及精度评 量、点位测量等。 定：根据实测结果进行平差计算，并进行精度评级。精度 （４）ＧＰＳ高精度高程测量同高精度的平面测量一样， 满足所需等级要求即告完成。 是ＧＰｓ测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐 ４．２公路中线测量 向山岭重丘区发展的形势下，实施常规的几何水准测量有 设计人员在大比例带状地形图上定线后，需将公路中 困难，ＧＰＳ高程测量无疑是一种有效的手段。 线在地面上标定出来。采用实时ＧＰＳ￣Ｕ量，只需将中线桩点 参考文献： 的坐标输入ＧＰＳ接收机中，系统就会定出放样的点位；由于 ［１］张耀华．ＧＰＳ定位技术在公路工程中的应用［Ｊ］．国外公 每个点的测量都是独立完成的，不会产生累积误差，各点 路，１９９８，（０６）． 放样精度趋于一致。 ［２］徐绍栓，张华海，杨志强，王泽民．ＧＰｓ测量原理及应用［Ｊ］．武汉 ４．３公路纵、横断面测量 测绘科技大学出版社，１９９８． ［３］张予东，李雪芳．公路测量中ＧＰＳＲＴＫ的应用［Ｊ］．测绘通 公路中线确定后，利用中线桩的点坐标，通过绘图软 报，２００２，（１２）． 件，可绘出沿线纵断面和各桩点的横断面，所用数据都是 ［４］ ＧＰＳ ＲＴＫ技术在公路测量中的应用［Ｊ］．物探装备，２００９，（ｏ１）． 测绘地形图时采集来的，不需再到现场进行纵、横断面测 ［５］ ＧＰＳ技术在山东省大地测量中的应用［Ｊ］．山东国土资 量，大大减少了外业工作。 源。２００９，（Ｏ１）． （上接第１ ７页）点、浅层地热能特征、水文地质条件、城市 参考文献： 地理因素等综合分析，认为地源热泵空调技术适合在广东 ［１］郑克琰．浅层地热能开发利用的世界现状及我国的发展前景 推广应用，在绝大部分地区可大有作为，其节能减排的社 ［Ｍ］．地质出版社，２００７． 会效益及经济效益不可估量。 ［２］王泽龙，王 华．水源热泵空调系统经济性分析［Ｍ］．地质出版 地源热泵空调系统成败的关键是地下工程与资源利用 社，２００７． 部分，因此，地质工作者在这行中有重要作用。广东的地 ［３］韩再生．浅层地热能勘查评价［ｚ］．住房和城乡建设部政策研究 中心，２００９． 质工作者应该向北京、天津的同行学习，肩负起历史重 任，勇当行业的领头羊，为广东的低碳经济做出应有的贡 献。 ３５
