1 GPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸?？杖娐?lián)合研制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實時性導航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。單點導航定位與相對測地定位是GPS應(yīng)用的兩個方面；對常規(guī)測量而言相對測地定位是主要的應(yīng)用方式。

　　相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現(xiàn)高精度測量，其原理是采用載波相位測量局域差分法：在接收機之間求一次差，在接收機和衛(wèi)星觀測歷元之間求二次差，通過兩次差分計算解算出待定基線的長度；求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)算法模型，設(shè)計了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測、國家大地測量、大壩變形觀測等高精度測量；快速靜態(tài)測量以其高效的作業(yè)效率與厘米級精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測量；而RTK測量以其快速實時，厘米級精度等特點廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集(如碎部測量)與工程放樣中。RTK技術(shù)代表著GPS相對測地定位應(yīng)用的主流。

　　GPS測地型接收設(shè)備是實現(xiàn)測地定位的基本條件，接收機有單頻與雙頻之分，雙頻機能以L2觀測值修正電離層折射影響，最適宜于中、長基線(大于20km)測量，具有快速靜態(tài)測量的功能，可升級為RTK功能；單頻機適宜于小于20km的短基線測量，對于一般工程測量具有良好的性能價格比。RTK系統(tǒng)由GPS接收設(shè)備、無線電通訊設(shè)備、電子手薄及配套設(shè)備組成，整套設(shè)備在輕量化、操作簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。鑒于GPS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星數(shù)有限，在對空通視受遮擋的條件下，不能保證正常解算，影響定位的精度和可靠性。實踐表明，單頻GPS系統(tǒng)由于多環(huán)境的制約，存在著很大的局限性。隨著俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(CLONASS)的不斷完善，利用GLONASS來改善GPS性能的雙星座系統(tǒng)(GLONASS+GPS)已由美國Ashtech公司研制成功，這種全天候、全地域、高精度的系統(tǒng)為用戶提供了更為完善的接收設(shè)備，雙星座系統(tǒng)的接收設(shè)備GPS接收設(shè)備的新水平。

　　2 GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景

　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長的西部大開發(fā)的實施，我省的高等級公路建設(shè)迎來前所末有的發(fā)展機遇，這就對勘測設(shè)計提出了更高的要求，隨著公路設(shè)計行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展，公路設(shè)計已實現(xiàn)CAD化，有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持；建立勘測、設(shè)計、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié)，是公路勘測設(shè)計“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求，也是影響高等級公路設(shè)計技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”所在。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設(shè)備，但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強度大，且效率低，大大延長了設(shè)計周期。勘測技術(shù)的進步在于設(shè)備引進和技術(shù)改造，在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)應(yīng)當是首選。當前，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測理，為勘測階段測繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測量提供依據(jù)；在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網(wǎng)，這僅僅是GPS在公路測量中應(yīng)用的初級階段，其實，公路測量的技術(shù)潛力蘊于RTK(實時動態(tài)定位)技術(shù)的應(yīng)用之中，RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用，有著非常廣闊的前景。下面就RTK技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用作簡單的介紹。

　　3 RTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用

　　3.1 實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)簡介

　　實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS(RTDGPS)技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破，在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。眾所周知，無論靜態(tài)定位，還是準動態(tài)定位等定位模式，由于數(shù)據(jù)處理滯后，所以無法實時解算出定位結(jié)果，而且也無法對觀測數(shù)據(jù)進行檢核，這就難以保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在實際工作中經(jīng)常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果。解決這一問題的主要方法就是延長觀測時間來保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，這樣一來就降低了GPS測量的工作效率。

　　實時動態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由基準站和流動站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù)，隨機計算機根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。這樣用戶就可以實時監(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測點的精度指標，確定觀測時間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

　　3.2 應(yīng)用

　　實時動態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。

　　3.2.1 快速靜態(tài)定位模式。

　　要求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計要求，便可以結(jié)束實時觀測。一般應(yīng)用在控制測量中，如控制網(wǎng)加密；若采用常規(guī)測量方法(如全站儀測量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難，而采用RTK快速靜態(tài)測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10min(隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時間還會縮短)，不及靜態(tài)測量所需時間的五分之一，在公路測量中可以代替全站儀完成導線測量等控制點加密工作。

　　3.2.2 動態(tài)定位

　　測量前需要在一控制點上靜止觀測數(shù)分鐘(有的儀器只需2～10s)進行初始化工作，之后流動站就可以按預定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可以達到厘米級。

　　動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量2～4S，精度就可以達到1～3cm，且整個測量過程不需通視，有著常規(guī)測量儀器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點。

　　3.3 RTK技術(shù)的優(yōu)點

　　3.3.1 實時動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗的厘米級精度的測量成果(包括高程)。

　　3.3.2 徹底擺脫了由于粗差造成的返工，提高了GPS作業(yè)效率。

　　3.3.3 作業(yè)效率高，每個放樣點只需要停留1～2s，流動站小組作業(yè)，每小組(3～4人)可完成中線測量5～10km。若用其進行地形測量，每小組每天可以完成0.8～1.5km3的地形圖測繪，其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。

　　3.3.4 在中線放樣的同時完成中樁抄平工作。

　　3.3.5 應(yīng)用范圍廣—可以涵蓋公路測量(包括平、縱、橫)，施工放樣，監(jiān)理，竣工測量，養(yǎng)護測量，GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面。

　　3.3.6 如輔助相應(yīng)的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢。

　　3.4 推廣建議

　　3.4.1 GPS靜態(tài)定位技術(shù)和動態(tài)定位技術(shù)相結(jié)合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制測量。

　　3.4.2 生產(chǎn)過程中采用常規(guī)方法和GPS技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)流程可以極大地提高生產(chǎn)效率。

　　3.4.3 隨著GPS技術(shù)特點是RTK技術(shù)的發(fā)展，各個廠家相繼推出了具有自主專利技術(shù)的儀器，其初始化時間越來越短，跟蹤能力也越來越強，精度越來越高，可靠性越來越強，有著良好的性價比，在勘察設(shè)計單位具有代替全站儀的趨勢，單位設(shè)備更新時應(yīng)考慮這一因素。

　　3.4.4 GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用，是公路測量的一項革命性的技術(shù)革新，它將對傳統(tǒng)的作業(yè)理念予以更新。

　　4 結(jié)語

　　GPS在公路勘測中的應(yīng)用，對高等級公路的勘測手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率，特別是實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)將在公路勘測、施工和后期養(yǎng)護、管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。(end)