摘要：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、特大桥等，也有布设成三角网、线形锁等形式。GPS在路桥测量中的应用得到了淋漓尽致的发挥，已经颠覆了过去的测量方法。本文针对GPS测量在路桥中的应用进行探讨，以便更好的掌握这门技术。
关键词:测绘学 测绘发展 GPS 路桥测量
一、GPS测量的特点
GPS定位技术的应用迅速渗透到工程测量各个领域，并且在科技高速的发展下，实时动态差分GPS（RTK）中载波相位整周模糊度的在航解求，使得这一技术在工程测量中的应用成为可能。实时动态差分GPS具有如下特点：
1、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。
2、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。
3、观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。
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。
二、GPS测量的分类和原理
1、GPS测量的原理
GPS测量的简单原理是指GPS卫星发送的导航定位陆地、海洋和空间的广大用户发出信号，用户只要有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置p点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了三颗(a、b、c)以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离sap、sbp、scp，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得p点的维坐标（xp，yp，zp），其数学式为：
sap2=[（xp-xa）2+（yp-ya）2+（zp+za）2]
sbp2=[（xp-xb）2+（yp-yb）2+（zp+zb）2]
scp2=[（xp-xc）2+（yp-yc）2+（zp+zc）2]
式中（xa，ya，za），（xb，yb，zb），（xc，yc，zc）分别为卫星a，b，c在时刻ti的空间直角坐标。
在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被广泛的应用
2、GPS测量的分类
根据产品的原理、用途、功能不同可以进行分类。一种是静态定位是指GPS接收机在每一流动站上是静止进行观测的，并且在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标。另一种是动态定位是指GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹，测量前需要在一控制点上静止观测数分钟进行初始化工作，然后流动站按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。
三、GPS测量在公路桥梁测量中的应用
GPS测量在路桥测量中的应用，摆脱了过去对工程的粗差引起的返工问题，提高了勘测精度和勘测效率。在作业效率上也是大大的提高了。每个放样点只需要停留1～2s，流动站小组作业，每小组(3～4人)可完成中线测量5～10km。并且在中线放样的同时完成中桩抄平工作，在过去是想都不敢想的问题。其应用范围广可以涵盖路桥测量的平、纵、横，监理，施工的放样，竣工测量，养护测量等等诸多方面。特别是实时动态(RTK)定位技术将在路桥勘测中有着广阔优势。
1、GPS测量用于加密国家控制点：
安陆市周天线属于省道主干线二级公路，路线长约50公里，所处地形为低山丘陵区，路线设计为2车道。
该段有7个各种系统的平面控制点，经过实地寻找，找出了4个，有3个被破坏，破坏中有2个国家Ⅱ等点。在已找出的的4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。这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。
为提安陆市周天线省道主干线二级公路测设质量，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5对GPS加密点，加密点的精度要达到四等控制网的要求。
该四等网采用4台南方灵锐S80单频接收机作业。该机的标称精度为5mm+1PPm。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基线处理&网平差软件。
通过平差处理，该四等网最弱点位中误差为3.88cm，平均点位中误差3.05cm，最弱边相对中误差1/28565，平均边长相对中误差1/455236。
整个四等网作业仅花4天时间。其效率较常规测量手段至少提高4倍。
2、GPS用于特大桥控制测量
黄冈市下巴河公路大桥是连结巴河两岸黄冈市南湖和浠水县巴河镇的公路特大桥。为便于大桥设计和施工，采用GPS对首选方案桥位进行Ⅲ等平面控制测量。布网设计方案为双大地四边形。垂直于河面的长边约为1200m，平行于河面的短边约为600m。双大地四边形与两个国家Ⅱ等以上大地点联测。
经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.85cm，最弱边长相对中误差1/123000，满足了Ⅲ等平面控制测量的精度要求。
四、结束语
通过GPS在公路和桥梁测量中的应用，得到如下体会。
（1）GPS控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。但由于测区条件较差，边长较短（平均边长不到300m），基线相对精度较低，个别边长相对精度大于1／10000。因此，当精度要求较高时，应避免短边，无法避免时，要谨慎观测。
（2）GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于各别点的选定受地形条件限制，造成树木遮挡，影响对卫星的观测及信号的质量，经重测后通过。因此，应严格按有关要求选点，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。
（3）GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。但由于联测已知高程点较少（仅联测5个），致使的控制点高程精度较低。因此，要保证控制点高程的精度，必须联测足够的已知高程点。
参考文献：
[1]武汉大学出版社出版的《GPS测量原理及应用》。
[2]宁津生.测绘学概论.武汉:武汉大学出版社,2004
[3]刘三枝《GPS 定位技术与应用》
[4]黄翠娟.基于GPS-RTK的工程测量技术优缺点分析[J].科技资讯.2010(24).
[5]罗玉霜.工程测量中GPS-RTK技术的应用[J].北京电力高等专科学校学报.2009(12).
关键词:测绘学 测绘发展 GPS 路桥测量
一、GPS测量的特点
GPS定位技术的应用迅速渗透到工程测量各个领域，并且在科技高速的发展下，实时动态差分GPS（RTK）中载波相位整周模糊度的在航解求，使得这一技术在工程测量中的应用成为可能。实时动态差分GPS具有如下特点：
1、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。
2、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。
3、观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。
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。
二、GPS测量的分类和原理
1、GPS测量的原理
GPS测量的简单原理是指GPS卫星发送的导航定位陆地、海洋和空间的广大用户发出信号，用户只要有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置p点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了三颗(a、b、c)以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离sap、sbp、scp，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得p点的维坐标（xp，yp，zp），其数学式为：
sap2=[（xp-xa）2+（yp-ya）2+（zp+za）2]
sbp2=[（xp-xb）2+（yp-yb）2+（zp+zb）2]
scp2=[（xp-xc）2+（yp-yc）2+（zp+zc）2]
式中（xa，ya，za），（xb，yb，zb），（xc，yc，zc）分别为卫星a，b，c在时刻ti的空间直角坐标。
在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被广泛的应用
2、GPS测量的分类
根据产品的原理、用途、功能不同可以进行分类。一种是静态定位是指GPS接收机在每一流动站上是静止进行观测的，并且在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标。另一种是动态定位是指GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹，测量前需要在一控制点上静止观测数分钟进行初始化工作，然后流动站按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。
三、GPS测量在公路桥梁测量中的应用
GPS测量在路桥测量中的应用，摆脱了过去对工程的粗差引起的返工问题，提高了勘测精度和勘测效率。在作业效率上也是大大的提高了。每个放样点只需要停留1～2s，流动站小组作业，每小组(3～4人)可完成中线测量5～10km。并且在中线放样的同时完成中桩抄平工作，在过去是想都不敢想的问题。其应用范围广可以涵盖路桥测量的平、纵、横，监理，施工的放样，竣工测量，养护测量等等诸多方面。特别是实时动态(RTK)定位技术将在路桥勘测中有着广阔优势。
1、GPS测量用于加密国家控制点：
安陆市周天线属于省道主干线二级公路，路线长约50公里，所处地形为低山丘陵区，路线设计为2车道。
该段有7个各种系统的平面控制点，经过实地寻找，找出了4个，有3个被破坏，破坏中有2个国家Ⅱ等点。在已找出的的4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。这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。
为提安陆市周天线省道主干线二级公路测设质量，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5对GPS加密点，加密点的精度要达到四等控制网的要求。
该四等网采用4台南方灵锐S80单频接收机作业。该机的标称精度为5mm+1PPm。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基线处理&网平差软件。
通过平差处理，该四等网最弱点位中误差为3.88cm，平均点位中误差3.05cm，最弱边相对中误差1/28565，平均边长相对中误差1/455236。
整个四等网作业仅花4天时间。其效率较常规测量手段至少提高4倍。
2、GPS用于特大桥控制测量
黄冈市下巴河公路大桥是连结巴河两岸黄冈市南湖和浠水县巴河镇的公路特大桥。为便于大桥设计和施工，采用GPS对首选方案桥位进行Ⅲ等平面控制测量。布网设计方案为双大地四边形。垂直于河面的长边约为1200m，平行于河面的短边约为600m。双大地四边形与两个国家Ⅱ等以上大地点联测。
经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.85cm，最弱边长相对中误差1/123000，满足了Ⅲ等平面控制测量的精度要求。
四、结束语
通过GPS在公路和桥梁测量中的应用，得到如下体会。
（1）GPS控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。但由于测区条件较差，边长较短（平均边长不到300m），基线相对精度较低，个别边长相对精度大于1／10000。因此，当精度要求较高时，应避免短边，无法避免时，要谨慎观测。
（2）GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于各别点的选定受地形条件限制，造成树木遮挡，影响对卫星的观测及信号的质量，经重测后通过。因此，应严格按有关要求选点，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。
（3）GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。但由于联测已知高程点较少（仅联测5个），致使的控制点高程精度较低。因此，要保证控制点高程的精度，必须联测足够的已知高程点。
参考文献：
[1]武汉大学出版社出版的《GPS测量原理及应用》。
[2]宁津生.测绘学概论.武汉:武汉大学出版社,2004
[3]刘三枝《GPS 定位技术与应用》
[4]黄翠娟.基于GPS-RTK的工程测量技术优缺点分析[J].科技资讯.2010(24).
[5]罗玉霜.工程测量中GPS-RTK技术的应用[J].北京电力高等专科学校学报.2009(12).
