珠海橫琴新區(qū)環(huán)島北片主、干道路市政道路工程GPS的運(yùn)用

[摘要]隨著近些年來國產(chǎn)GPS-RTK儀器的大量出現(xiàn)，GPS空間定位精度的不斷提高以及GPS-RTK儀器價(jià)格的大幅度下降，GPS-RTK技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于控制測域、地形測量、市政工程測量中。文章結(jié)合珠海市橫琴新區(qū)環(huán)島北片主、次干路市政道路工程全過程的工程測量，介紹GPS技術(shù)的基本原理、優(yōu)勢以及應(yīng)注意的問題。

[關(guān)鍵詞]GPS-RTK；RTK測量；市政工程GPS的工作原理

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）是美國國防部為了滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是美國繼阿波羅登月和航天飛機(jī)之后的第三大空間工程.GPS系統(tǒng)的組成可分為：（1）空間衛(wèi)星星座部分（2）地面監(jiān)控部分（3）用戶設(shè)備部分。前兩部分是用GPS進(jìn)行定位的基礎(chǔ)，用戶只有借助于用戶設(shè)備才可達(dá)到定位的目的。該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，分別沿6個(gè)軌道平面運(yùn)行，還有3顆衛(wèi)星一直處于熱備份狀態(tài)，總計(jì)24顆。但在軌道上運(yùn)行的GPS衛(wèi)星總數(shù)實(shí)際上是變動(dòng)的，彼此各以60。角度相交。每個(gè)軌道面上有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道為圓形，遠(yuǎn)行周期為11小時(shí)58分，這樣的衛(wèi)星分布，可保證全球任何地區(qū)、任何時(shí)刻有不少于4顆衛(wèi)星以供觀測。

工程概況

擬建市政道路沿線現(xiàn)狀地面主要為焦林地、魚塘、灘涂、河涌、丘陵地多數(shù)為原始地貌，道路等級(jí)為城市主、次干路，四、六幅路。地層中分布有較深厚淤泥層，道路施工前需進(jìn)行軟基處理?，F(xiàn)狀場地標(biāo)高為2.31（河涌）-27.2m（丘陵地）不等，多為原始地貌。地表復(fù)雜，全站儀、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)儀器受限制。

1、選擇作業(yè)時(shí)段

道路沿線地物地貌復(fù)雜多變，為獲取完整的數(shù)據(jù)，必須根據(jù)衛(wèi)星可見預(yù)報(bào)和天氣預(yù)報(bào)選擇最佳觀測時(shí)段。衛(wèi)星的幾何分布越好，定位精度就越高，根據(jù)預(yù)測結(jié)果合理安排工作計(jì)劃。

2、建立測區(qū)平面控制網(wǎng)

根據(jù)中線放樣資料，用GPS靜態(tài)測量方法建立測區(qū)控制網(wǎng)，相鄰點(diǎn)間距5-8公里，并與國家點(diǎn)聯(lián)測，求出各控制點(diǎn)平面坐標(biāo)，同時(shí)投影變形不得不考慮，變形的程度與測區(qū)地理位置和高程有關(guān)，公路線路短則數(shù)公里，長則數(shù)十公里，跨越范圍廣，線路走向、地形情況千差萬別，長度變形各不相同。在高斯投影帶的邊緣，長度變形可達(dá)以上，導(dǎo)致中線樁由圖上反算的放樣長度與實(shí)地測量長度不一致，無法滿足放樣要求。因此必須采取相應(yīng)的措施削弱長度變形。

3、高程控制測量

GPS得到的高程是大地高，而實(shí)際采用的是正常高，需要將大地高轉(zhuǎn)化為正常高。而測區(qū)的高程異常是未知數(shù)，且高程異常的變化較復(fù)雜，特別在山區(qū)精度較差。此外，要求約每隔2KM設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)，珠海橫琴新區(qū)市政道路沿線現(xiàn)狀地面主要為焦林地、魚塘、灘涂、河涌、丘陵地多數(shù)為原始地貌，有些地形環(huán)境不能滿足GPS觀測的條件，采用高程擬臺(tái)的方法擬合的高程精度不能得到保證。完全用GPS替代等級(jí)水準(zhǔn)難度大。因此三、四級(jí)水準(zhǔn)測量，仍采用水準(zhǔn)儀作業(yè)模式。

4、求取地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

合理選擇控制網(wǎng)中已知的WGS84和北京54坐標(biāo)（或地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo)）以及高程的公共點(diǎn)，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，為RTK動(dòng)態(tài)測量做好準(zhǔn)備。選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)要注意以下兩個(gè)問題：①要選測區(qū)四周及中心的控制點(diǎn)，均勻分布；②為提高轉(zhuǎn)化精度，最好選3個(gè)以上的點(diǎn)，利用儀器自帶的七參數(shù)法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。

5、基準(zhǔn)站選定

基準(zhǔn)站設(shè)置除滿足GPS靜態(tài)觀測的條件外，還應(yīng)設(shè)在地勢較高，四周開闊的位置，沒有大面積湖泊及高壓電線的區(qū)域，便于電臺(tái)的發(fā)射?？稍O(shè)在具有地方網(wǎng)格坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可未知點(diǎn)設(shè)站。

6、放樣內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

利用測量內(nèi)外業(yè)一體化程序完成全部計(jì)算工作。將線路的起點(diǎn)坐標(biāo)、方位角、加直線長度及曲線要素輸入，程序根據(jù)里程計(jì)算出全線待放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，其中直線上每20米一個(gè)點(diǎn)，曲線上每5米一個(gè)點(diǎn)。按相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式將放樣點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)出成徠卡1200需要的格式文件，通過軟件將放樣點(diǎn)文件導(dǎo)入到外業(yè)儀器設(shè)備供外業(yè)調(diào)用。

7、外業(yè)操作

將基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在基準(zhǔn)點(diǎn)上，開機(jī)后進(jìn)行必要的系統(tǒng)設(shè)置、無線電設(shè)置及天線高等輸入工作。流動(dòng)站接收機(jī)開機(jī)后首先進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，再進(jìn)行流動(dòng)站的設(shè)置和初始化工作。通常公布的坐標(biāo)系統(tǒng)和大地水準(zhǔn)面模型不考慮投影中的當(dāng)?shù)仄?，因此要通過點(diǎn)校正來減少這些偏差，獲得更精確的當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)格坐標(biāo)，且確保作業(yè)區(qū)域在校正的點(diǎn)范圍內(nèi)。

8、RTK動(dòng)態(tài)測量的特點(diǎn)

1）在能夠接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的任何地方，可進(jìn)行全天候作業(yè)。

2）經(jīng)典GPS測量不具備實(shí)時(shí)性，RTK動(dòng)態(tài)測量彌補(bǔ)這一缺陷，放樣精度可達(dá)到厘米級(jí)，誤差不累積。

3）流動(dòng)站利用同一基準(zhǔn)站信息可各自獨(dú)立開展工作。

4）實(shí)時(shí)提供測點(diǎn)三維坐標(biāo)，現(xiàn)場及時(shí)對觀測質(zhì)量進(jìn)行檢查，避免外業(yè)出現(xiàn)返工。

5）GPS誤差不累積。

總結(jié)：

GPS技術(shù)不僅能達(dá)到較高的定位精度，而且大大提高了測量的工作效率，隨著GPS技術(shù)的提高，通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序，可大大減輕了測量人員的內(nèi)外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。

1）道路中線測設(shè)人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路茌地面標(biāo)定出來。采用實(shí)時(shí)GPS測量，只需將中線柱點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS接收機(jī)中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)位的測量都是獨(dú)立的完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。

2）道路縱、橫斷面測量公路中線確定后，利用中線樁點(diǎn)坐標(biāo)，通過繪圖軟件，即可給出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。由于所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時(shí)采集來的，因此不需要再到現(xiàn)場進(jìn)行縱、橫斷面測量。從而大大減少了外業(yè)工作。假如需要進(jìn)行現(xiàn)場斷面測量時(shí)，也可采用實(shí)時(shí)GPS測量。與傳統(tǒng)方法相比，在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用各方面都有明顯的優(yōu)勢。

3）施工測量實(shí)時(shí)GPS系統(tǒng)既有良好的硬件，也有極豐富的軟件可選擇。施工中對點(diǎn)、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷。精度可達(dá)到厘米級(jí)。變形觀測變形監(jiān)測網(wǎng)具有毫米級(jí)的精度，比一般工程控制網(wǎng)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)踐表明，假如用較長的觀測時(shí)間，分幾個(gè)時(shí)段進(jìn)行觀測，并采用強(qiáng)制對中，觀測時(shí)天線指北等措施，長度不超過4km的基線向量可達(dá)到2mm-3mm的精度。

4）GPS技術(shù)同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中，由于無需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同時(shí)對檢測常規(guī)測量的支點(diǎn)也非常有效。具有點(diǎn)位選設(shè)靈活，全天適時(shí)定位，精度較高，簡捷輕便迅速.自動(dòng)化程度高，耗費(fèi)低等特點(diǎn)。