[摘要]GPS（Global Positioning System）全球定位系统尤其是实时动态（RTK）定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力，本文概述了GPS的系统组成与其测量技术的原理，主要分析了实时GPS测量技术的特点及其在公路测量中的应用。
关键词：GPS定位；公路工程；测量；应用
GPS全球定位系统（Global Positioning System）在公路工程测量中的应用，近年来得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。
1.GPS系统的组成
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
1.1 空间卫星群
GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4至11颗GPS卫星发送出的信号。
1.2 GPS的地面控制系统
GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对 GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中。
1.3 GPS的用户部分
由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。如：控制测量中使用的天宝（Trimble）4800GPS测地型接收机其技术指标为：双频主机、天线，RTK电台一体化；独特的电池设计、无需接线，使用4h以上；5次/秒的快速位置更新，可靠的卫星“超跟踪”技术；新型于薄式控制器，4M或10M的PCMCIA数据存储卡；测量精度：静态测量5mm+lppm，RTK测量 10mm+1ppm（平面），20mm+1ppm（高程）。技术指标充分的满足控制测量的精度要求。
2.GPS技术原理
单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面，对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式，其原理是采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。而RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。
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。公路工程控制测量中常用地固坐标系统，实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。
3.GPS技术特点
（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）提供三维坐标。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。
（3）提供厘米级精度的测量成果（包括高程）。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50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。且不受人为因素影响。
（4）作业效率高。GPS测量自动化程度高，目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，每个放样点只需要停留1～2s，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
（5）全天候作业。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。
4.GBS技术在公路测量中的应用
GPS测量具有高精度、高效率的优点，在控制测量领域得到了广泛的应用。随着GPS接收机性能和数据处理技术逐渐完善，GPS应用领域也不断拓宽。实时GPS测量在公路工程中可发完成多种工作。
4.1 绘制大比例地形图
高等级公路选线多是在大比例尺带状地形图上进行，用传统方法测图，先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图，工作量大、速度慢。用实时GPS动态测量，构成碎部点的数据，在室内即可由绘图软件成图，只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，采集速度快，大大降低了测图的难度，省时省力。
4.2 工程控制测量
用GPS建立控制网，最精密的方法应属静态测量。对于大型建筑物宜用静态测量。而一般工程的控制测量，则可采用实时GPS动态测量。这种方法在测量过程中能实时获得定位精度，当达到要求的点位精度，即可停止观测，大大提高作业效率。由于点与点之间一要求必须通视，便得测量更简便易行。
4.3 公路中线测设
设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路在地面标定出来。采用实时GPS测量，只需将中线柱点的坐标输入GPS接收机中，系统就会定出放样的点位。由于每个点位的测量都是独立的完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。
4.4 公路纵、横断面测量
公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。从而大大减少了外业工作。如果需要进行现场断面测量时，也可采用实时GPS测量。与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
4.5 施工测量
实时GPS系统既有良好的硬件，也有极丰富的软件可选择。施工中对点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷。精度可达到厘米级。
4.6 变形观测
变形监测网具有毫米级的精度，比一般工程控制网高一个数量级。实践表明，如果用较长的观测时间，分几个时段进行观测，并采用强制对中，观测时天线指北等措施，长度不超过4km的基线向量可达到2-3mm的精度。随着研究深化，GPS广泛用于变形观测是完全有可能的。
5 结束语
GPS在公路工程测量上具有很大的发展前景，GPS作业有着极高的精度，可以大大提高工作及成果质量，极大降低劳动作业强度，提高作业效率。RTK技术将彻底改变公路测量模式，非常适合路线、桥、隧勘察，GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。
关键词：GPS定位；公路工程；测量；应用
GPS全球定位系统（Global Positioning System）在公路工程测量中的应用，近年来得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。
1.GPS系统的组成
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
1.1 空间卫星群
GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4至11颗GPS卫星发送出的信号。
1.2 GPS的地面控制系统
GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对 GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中。
1.3 GPS的用户部分
由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。如：控制测量中使用的天宝（Trimble）4800GPS测地型接收机其技术指标为：双频主机、天线，RTK电台一体化；独特的电池设计、无需接线，使用4h以上；5次/秒的快速位置更新，可靠的卫星“超跟踪”技术；新型于薄式控制器，4M或10M的PCMCIA数据存储卡；测量精度：静态测量5mm+lppm，RTK测量 10mm+1ppm（平面），20mm+1ppm（高程）。技术指标充分的满足控制测量的精度要求。
2.GPS技术原理
单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面，对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式，其原理是采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。而RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。
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。公路工程控制测量中常用地固坐标系统，实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。
3.GPS技术特点
（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）提供三维坐标。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。
（3）提供厘米级精度的测量成果（包括高程）。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50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。且不受人为因素影响。
（4）作业效率高。GPS测量自动化程度高，目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，每个放样点只需要停留1～2s，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
（5）全天候作业。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。
4.GBS技术在公路测量中的应用
GPS测量具有高精度、高效率的优点，在控制测量领域得到了广泛的应用。随着GPS接收机性能和数据处理技术逐渐完善，GPS应用领域也不断拓宽。实时GPS测量在公路工程中可发完成多种工作。
4.1 绘制大比例地形图
高等级公路选线多是在大比例尺带状地形图上进行，用传统方法测图，先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图，工作量大、速度慢。用实时GPS动态测量，构成碎部点的数据，在室内即可由绘图软件成图，只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，采集速度快，大大降低了测图的难度，省时省力。
4.2 工程控制测量
用GPS建立控制网，最精密的方法应属静态测量。对于大型建筑物宜用静态测量。而一般工程的控制测量，则可采用实时GPS动态测量。这种方法在测量过程中能实时获得定位精度，当达到要求的点位精度，即可停止观测，大大提高作业效率。由于点与点之间一要求必须通视，便得测量更简便易行。
4.3 公路中线测设
设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路在地面标定出来。采用实时GPS测量，只需将中线柱点的坐标输入GPS接收机中，系统就会定出放样的点位。由于每个点位的测量都是独立的完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。
4.4 公路纵、横断面测量
公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。从而大大减少了外业工作。如果需要进行现场断面测量时，也可采用实时GPS测量。与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
4.5 施工测量
实时GPS系统既有良好的硬件，也有极丰富的软件可选择。施工中对点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷。精度可达到厘米级。
4.6 变形观测
变形监测网具有毫米级的精度，比一般工程控制网高一个数量级。实践表明，如果用较长的观测时间，分几个时段进行观测，并采用强制对中，观测时天线指北等措施，长度不超过4km的基线向量可达到2-3mm的精度。随着研究深化，GPS广泛用于变形观测是完全有可能的。
5 结束语
GPS在公路工程测量上具有很大的发展前景，GPS作业有着极高的精度，可以大大提高工作及成果质量，极大降低劳动作业强度，提高作业效率。RTK技术将彻底改变公路测量模式，非常适合路线、桥、隧勘察，GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。