杜菊平

（山西省公路局 太原分局勘測設(shè)計所，山西 太原 030012）

在公路工程及市政工程發(fā)展的初期，傳統(tǒng)意義上一直都采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀來進(jìn)行控制測量，到后來出現(xiàn)了全站儀，才使測量的難度降低了不少，但全站儀在控制測量中還是存在一些劣勢，公路工程及市政工程往往由于測量區(qū)域大、線路彎曲且長、沿線地形地貌復(fù)雜等條件的限制，使得以往傳統(tǒng)的測量技術(shù)及測量儀器造成控制測量工作強(qiáng)度大、周期長、成本相對較高，還往往達(dá)不到預(yù)期的效果。但GPS測量技術(shù)的出現(xiàn)，從很大程度上去除了測量工作中存在的諸多缺陷，不僅使測量工作節(jié)省了更多的時間與成本，而且測量在精度方面也能達(dá)到相應(yīng)的要求。

1 GPS技術(shù)概論

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上將前期測量定位的準(zhǔn)確度提高了一個臺階。

1.1 GPS技術(shù)定義

GPS定位技術(shù)其本質(zhì)主要是以GPS衛(wèi)星和測量用戶接收所在的接收信息的天線之間的距離為最基本的觀測量，它的工作原理是依據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)為基準(zhǔn)，來確定測量用戶天線的位置，說得更具體些，也就是空間距離后方交會[1]。但這種距離在理論上是一種偽距，因為衛(wèi)星鐘和測量用戶接收鐘之間存在一定的差異，因此在進(jìn)行其測量的時候，至少要存在4個同步偽距觀測。

1.2 GPS測量技術(shù)優(yōu)劣勢

與以往的控制測量技術(shù)相比，GPS技術(shù)在測量方面的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的測量技術(shù)，可以說，GPS測量技術(shù)已經(jīng)被絕大多數(shù)測量工作者所接受與認(rèn)可，GPS測量技術(shù)優(yōu)勢具體如下：

a）GPS技術(shù)測量周期短、速度快，測量效率得到很大的提高。由于GPS主要是依靠于衛(wèi)星進(jìn)行信號的連接，首先在儀器的操作上就比傳統(tǒng)的測量儀器要便捷許多，并且GPS測量周期較短，測量速度很快，儀器自動化程序高，同時測量結(jié)果數(shù)值較為精確。

b）利用GPS技術(shù)進(jìn)行測量，測站與測站之間不需要形成通視，相對于傳統(tǒng)的測量技術(shù)來說，為了確保測量工作的順利進(jìn)行，相鄰測站之間必須沒有障礙物遮擋住觀測視線，才能確保測量工作的下步進(jìn)行，但在實際測量工作中，尤其是在地形變化大，丘陵地帶或障礙物較多的情況下，障礙物給通視造成了很大麻煩，但GPS則不需要測站之間一定要形成通視，使得測量工作首先拋棄了對障礙物清除的顧慮。

c）GPS技術(shù)的第三個優(yōu)勢是定位精度很高，這是因為GPS是鑒于全球定位系統(tǒng)而發(fā)明的測量儀器設(shè)備，經(jīng)測量具體實踐證明，GPS距離測量精度可達(dá)到5 mm+1 ppm，同時在大范圍、很長距離的測量情況下，它的測量精度可靠性更高，更能彰顯出定位精度高的優(yōu)勢[2]。

d）GPS會受到電離層的干擾影響，由于GPS系統(tǒng)主要是依靠衛(wèi)星與接收機(jī)之間的傳輸來進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，因此當(dāng)電磁波在大氣層中傳播的時候，會受到電離層的重重干擾，因此計算在某些區(qū)域會形成一定的誤差。

2 GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用

公路工程及市政工程的測量主要運用了GPS技術(shù)的靜態(tài)技術(shù)功能與動態(tài)技術(shù)功能，GPS靜態(tài)技術(shù)功能主要是通過與衛(wèi)星進(jìn)行通信建立連接，從而確定出要測量的點三維坐標(biāo)，而GPS動態(tài)技術(shù)功能主要是通過與衛(wèi)星系統(tǒng)建立信號，利用已知的三維坐標(biāo)點位，將設(shè)計點實地放樣到地面上[3]。GPS靜態(tài)技術(shù)功能主要用于公路工程及市政工程中的控制測量，而動態(tài)功能主要被延伸至對工程部位的實地放樣方面。

GPS技術(shù)出現(xiàn)在公路工程及市政工程控制測量中的主要緣由，是隨著公路工程以及現(xiàn)代市政工程建設(shè)等級的提升，我國對其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，相對于前期工程控制測量中，一般采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀與全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測量，一般來說，控制測量中的控制點較少，加上地貌的變化，障礙物的多少與高低，這樣往往一小段控制測量，也會出現(xiàn)測量儀器的數(shù)次搬移架設(shè)以及工作量很大的測量計算，導(dǎo)致數(shù)天才完成控制測量。這樣傳統(tǒng)的測量技術(shù)開展難度大、周期長，因此將GPS技術(shù)引入到公路工程及市政工程控制測量中，顯然為前期繁瑣的工作節(jié)省了更多的時間與精力[4]。

GPS靜態(tài)測量法在工程控制測量中的應(yīng)用，一般來說，可以根據(jù)事先已經(jīng)制定好的觀測方案，將數(shù)臺 GPS接收機(jī)安置在待定點（a1、c1、c2、c3……），以此來同時獲取衛(wèi)星信號，直至將所有環(huán)路觀測完畢，觀測數(shù)據(jù)經(jīng)平差計算得到54北京坐標(biāo)系的坐標(biāo)，利用GPS布設(shè)控制網(wǎng)是其中的應(yīng)用之一[5]。比如在某項公路工程及市政工程D級GPS網(wǎng)的設(shè)計中，需要實測控制點45個，其中已知點4個，未知點41個，GPS靜態(tài)功能采用布設(shè)7臺GPS接收機(jī)，并在3個GPS點上同時進(jìn)行觀測，時段長度大于60 min，這樣得到的有效衛(wèi)星控制數(shù)達(dá)到了7顆以上的精確度，利用GPS技術(shù)測量的優(yōu)點，本次控制測量快速形成最小同步環(huán)135個，多邊形異步環(huán)8個，獨立基線54條，平均重復(fù)設(shè)站數(shù)1.7/站。這樣在很大程度上減少了儀器的二次搬運浪費的時間，同時減少了傳統(tǒng)公路工程及市政工程分級布網(wǎng)的繁瑣性。

GPS靜態(tài)測量在工程控制測量中應(yīng)用的另一方面是進(jìn)行控制網(wǎng)中高程與54系三維坐標(biāo)的測量，它在控制測量中被得到應(yīng)用，其主要是GPS接收機(jī)在電量充足的情況下，接收信號穩(wěn)定，一般衛(wèi)星數(shù)可以達(dá)到7～8顆控制，有的甚至能達(dá)到10顆以上[6]。這樣對于天線高度的測量校核、中誤差等精度得到了更大提高，使得控制網(wǎng)高程的精確度也得到了保證，利用GPS靜態(tài)測量進(jìn)行控制測量，其點誤差可達(dá)到毫米級，這樣為后期平差的精確計算打下了良好的基礎(chǔ)。

3 GPS技術(shù)在工程控制測量中的發(fā)展前景

GPS技術(shù)在公路工程及市政工程控制測量中的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，這項技術(shù)的應(yīng)用前景也是比較長遠(yuǎn)的，主要表現(xiàn)如下：

a）GPS技術(shù)能夠使公路工程及市政工程控制測量模式得到很大程度上的改變，主要是GPS技術(shù)可以獲取到被監(jiān)測位置的三維坐標(biāo)，那么這項技術(shù)剛好可以應(yīng)用到橋梁以及線路的勘察中去，同時在GPS衛(wèi)星定位當(dāng)中還可以利用GPS技術(shù)實時開展放樣，點位的測量以及中樁測量等。

b）將GPS技術(shù)應(yīng)用到公路工程及市政工程控制測量中去，使測量精度得到提升，相對于更加復(fù)雜困難的測量區(qū)域來說，GPS全球定位系統(tǒng)在具體的測量作業(yè)中并不局限于距離和某些外界因素的干擾，所以，運用GPS技術(shù)將會在很大程度上使困難區(qū)域測量結(jié)果精度提升更大[7]。

c）GPS技術(shù)在工程控制測量中得到應(yīng)用，將會使后期測量作業(yè)成果質(zhì)量得到更大的保證，GPS技術(shù)在工程控制測量工作中，大多數(shù)情況下都是通過儀器計算機(jī)程序自身來進(jìn)行計算反映數(shù)據(jù)的，隨著GPS控制衛(wèi)星的數(shù)量越來越多，那么對于丈量天線高度、點中誤差以及后期的平差計算等方面，都會使測量成果更加精確。

d）GPS技術(shù)工程控制測量中的應(yīng)用，其在進(jìn)行高程與平面測量方面精確度基本是一致的，這是GPS技術(shù)在控制測量中的一個重要發(fā)展前景所在，這樣一來，對于高等級的公路工程或市政工程朝著山嶺區(qū)域發(fā)展，GPS技術(shù)也恰好解決了其高程測量的難度。

4 結(jié)束語

GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用得到了一定的發(fā)展，技術(shù)也逐步成熟與完善，隨著衛(wèi)星軌道和鐘差的精度不斷提高，精密單點定位技術(shù)靜態(tài)定位精度可達(dá)到mm～cm級，動態(tài)定位精度可達(dá)到cm～dm級，并且GPS技術(shù)在公路工程及市政工程控制測量中的精度與成熟度會越來越高，這對公路工程及市政工程的測設(shè)和施工起到了一定的促進(jìn)作用。