全球定位系统(GPS)在高速公路测量中的应用
摘要：本文简述了GPS测量技术的发展状态，并列出了GPS用于测量所具有
特点，重点介绍了GPS测量用于公路测设中的国家大地点加密、隧道控
制测量、特大桥控制测量、导线测量、航测像控点测量、密林密灌地区的
路线控制测量、路线中桩实时放样测量、GPS测量与水准测量资料相结合
进行高程控制测量的实际应用成果，最后对GPS测量作出了展望。
关键词：全球定位系统高速公漫测量应用
1 概述
1.1 GPS测量简介
全球定位系统(GPS)是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地
和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统从本世纪70年
代初开始设计、研制。根据最初设计思想，利用接收卫星发射的伪随机噪
声码(P码)为美军及北大西洋组织的盟军提供米级导航定位，同时将定位
精度为数十米的C/A码伪距提供民用导航定位。
GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连
续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。全球
定位系统的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门普遍关
注。GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引
起了广大测量工作者的极大兴趣。
70年代未至80年代初，许多学者的研究表明GPS卫星的载波信号也可
以用于定位，并提供比伪距定位高得多的精度。特别是载波相位差分定位
技术的出现，推动了早期测量型商品的接收机的研制。当时GPS定位基本
上只有一个作业模式——静态相对定位，两台或若干台GPS接收机安置在
待定点上，连续同步观测同一组卫星1～2h，或更长一些时间，通过观测
数据的后处理，给出各待定点间的基线向量，在采用广播星历的条件下，
静态定位不难取得5mm+1PPm(双频)或10mm+2PPm(单频)基线解精度。
80年代未，建立在FARA(整周未知数快速逼近技术)基础上的快速静态
定位为短基线测量作业闯出了一条新路，大大提高了GPS测量的劳动生产
率。一对GPS测量系统(双频)在10km以内的短边上，正常接收4～5颗卫星
5min左右，即可获取5～10mm+1ppm的基线精度 ，与1～2h甚至更长时间静
态定位的结果不相上下。近几年，特别是1993年Leica公司开发了AROF
(AmbiguityResulationontheFly)定位技术，首先实现了动态环境下整周
未知数初始化这个实时GPS测量关键技术的商品化。各个GPS测量厂商看好
这个大趋势，纷纷推出各自的GPS测量新产品。有的把这种新型产品称之
为GPS全站仪，有的称之为RTK(实时动态测量)，有的称之为RTGPS。
总之，GPS测量理论与设备的不断发展，使得GPS测量技术日趋成熟，
GPS测量功能更加完善，GPS测量应用面更广，并且GPS测量设备价格变得
低廉，操作更加简便，使GPS测量更加实用化和自动化。
1.2 GPS测量的特点
相对于经典测量学来说，GPS测量主要有以下特点：
(1)测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这
一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫
星信号不受干扰。
(2)定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外
仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增
长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50km的基线上，其
相对定位精度可达12×10-6，而在100～500km的基线上可达10-6～10-7。
(3)观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需
5min观测时间即可。
(4)提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以
精确测定观测站的大地高程。
(5)操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任
务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工
作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。
(6)全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般
不受天气状况的影响。
2 GPS测量在公路测量中的应用实例
公路路线一般处在一条带状走廊内。其平面控制测量往往采用导线形
式，这包括附合导线、闭合导线、结点导线等导线网形式。对于重要构造
物如大桥、特大桥、长大隧道等，也有布设成三角网、线形锁等形式。
2.1 常规测量方法的缺陷
(1)规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规
定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭
合长度最长不得超过10km，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的
0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。
(2)搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量
系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性
问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。
(3)国家大地点破坏严重影响测量作业。由于国家基础控制点，大多
为50、60年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有
些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往
往在50km以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保
证。
(4)地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求
布设在距路线的300m范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至
在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。
对于长大隧道，特大桥用常规测量有下列局限：
(5)长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在4等以上。用常规
测量方法，往往采用增加测回数，延长观测时间等费时、费工的方法来设
法提高精度。
(6)长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带，进行常规控制测量，
为通视和网形，往往砍伐工作量相当大，这样测设费用很大，作业艰苦。
(7)长大隧道及特大桥的控制网高精度及与路线网的低精度衔接，虽
说用平差方法可以得到克服，但由于地形条件困难，其联结的测量工作量
很大，且不太方便。实际工作中，构造物的控制测量与路线的控制测量经
常出现脱节现象。
利用GPS测量能克服上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动
强度，保证了高等级公路测设质量。
下面就在实际生产中应用GPS的情况举出一些应用实例。
2.2 GPS测量用于加密国家控制点
京珠国道主干线粤境高速公路汤塘至广州北二环段路线长约60km，所
处地形为重丘区，路线设计为6车道。
该段有11个各种系统的平面控制点，经过实地寻找，找出了7个，有4
个被破坏，破坏中有2个国家Ⅱ等点。在已找出的的7个控制点中，国家测
绘局系统Ⅰ等点1个，Ⅲ等点1个；城市测量系统点2个；总参军控点3个。
这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。
为提高京珠国道粤境高速公路汤塘至广州北二环段测设质量，决定在
国家测绘系统基础进行控制点的加密。加密的控制点布设方案是：沿公路
路线每10km布设一对点，该对点相距约1km，且应通视良好。这样，该段
共设了6对GPS加密点，加密点的精度要达到四等控制网的要求。GPS四等
网由18个点组成，其网形略图如图1。
图1 汤塘至广州北二环GPS四等国家大地点加密
该四等网采用4台Trimble SE400单频接收机作业。该机的标称精度为
10mm+2PPm。四等网的观测时间为90min。数据采样间隔为15s。
基线预处理采用厂家提供的TrimvecPlus软件，平差计算采用武汉测
绘科技大学编制的GPSADJ Ver2.0软件包。
通过平差处理，该四等网最弱点位中误差为4.11cm，平均点位中误差
3.18cm，最弱边相对中误差1/27669，平均边长相对中误差1/453578。
整个四等网作业仅花4d时间。其效率较常规测量手段至少提高3倍。
在此基础上，我院同湖北省测绘局、湖南省第二测绘院合作，在京珠
国道主干线湖南耒阳广州花都段进行了近600km的GPS加密国家控制点的测
量。该地区路线跨越南岭山脉，沿线山高深、植被茂盛、地形地貌复杂、
通视条件极差。国家一、二等三角点破坏严重，测设内可供利用的三角点
稀少，在路线走廊范围内仅找到7个保存完好的国家三角点。
经过平差处理，网中最弱点点位中误差为4.13cm，最弱边相对中误差
为1/12.5万。控制网的各项指标达到甚至超过国家四等网的技术要求。
近600km的GPS控制网，仅用两个外业组，10个作业员，7台GPS接收
++《全球定位系统(GPS)在高速公路测量中的应用》相关文章
- › 全球定位系统(GPS)在高速公路测量中的应用
- › 高精度GPS全球定位技术
- 在百度中搜索相关文章：全球定位系统(GPS)在高速公路测量中的应用
- tag: 暂无联系方式, 工程测量，工程测量规范,工程测量技术，工程资料 - 工程测量