本科毕业论文---gps在公路控制测量中的应用.doc

GPS在公路控制测量中的应用
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2公路工程控制测量现状探讨 2
2 GPS的相关知识 3
2.1 GPS系统的组成 3
2.2GPS RTK的测量原理 5
2.3 差分GPS 6
3 GPS网的技术设计 7
3.1 GPS控制网的内业设计 7
3.1.1 GPS控制网设计 7
3.1.2 影响GPS测量技术设计的因素 10
3.1.3 GPS控制网的图形设计 10
3.1.4 技术指标 11
3.2 GPS控制网的外业设计 11
3.2.1 选点要求 11
3.2.2 埋石 12
3.2.3 外业观测 12
4 控制网的布设 13
4.1施工控制网的常见网形设计方法 13
4.2 GPS公路工程独立控制网建立 14
4.2.1 快速静态定位模式 15
4.2.2 动态定位 15
4.3 基于GPS控制网布设的优点 15
4.4GPS公路工程独立控制网建立的工作流程 16
4.4.1静态GPS测量 16
5 精度分析 17
5.1 流动站-流动站校正精度分析 18
6 优化设计 19
7　应用实例 19
7. 1　布设GPS网的技术方案 20
8 结语 23
致 谢 24
参考文献 25

GPS在公路控制测量中的应用

摘 要

公路的控制测量方法有很多种，其中用GPS来对公路的控制点坐标进行测量就是公路的GPS控制测量，在国家建设的各个方面GPS全球定位系统都发挥着重要的作用，尤其是这几年GPS已经广泛应用于地质灾害的预防和国家建设以及未知领域的探索。
本文主要介绍了GPS在公路控制测量中的布设控制点的方法，并且对其中出现的问题进行了一定的讨论，对精度和后期处理作出了有关的说明，并对优化处理进行了一定的阐述。
GPS比以前布设导线网或者三角网的优势就是能快速及时准确的测定一些点的坐标，在地形测量中发挥了很重要的作用，其中用到了RTK因此对RTK我们也进行了相关的介绍。
关键词 公路控制网的设计/控制网的建立/精度评定/优化设计

I

GPS在公路控制测量中的应用
Application of GPS in control survey of highway

ABSTRACT

There are many methods of control measure of the highway, which is controlled by the GPS to point to the road coordinate control GPS measurement is the highway, in each country construction aspect of the GPS global positioning system plays an important role, especially the prevention and national construction in recent years, GPS has been widely used in geological disasters and exploration the unknown.
This paper mainly introduces the GPS in highway control layout measurement control point method, and on the problems discussed, made the relevant description of the precision and post processing, and the optimum processing describes.
GPS can quickly and timely and accurate determination of coordinates of some point advantage over previous layout is wire or triangulation, has played a very important role in topographic survey, which uses the RTK to RTK we also introduced.
Keywords： Highway control network design / control network establishment / accuracy / optimization design

I

GPS在公路控制测量中的应用
1 绪论
1.1 引言
在公路测量过程中我们会碰到各种各样不同的工程，例如桥梁、涵洞、隧道等等。这样我们公路平面控制测量就要考虑到这些情况中测量的工作进行的方法。而在测量过程中其中路线测量是最主要的方面，而其中的碰到的桥梁、涵洞、隧道它们的控制测量最终都要参与到整个路线平差。以前我们更多的用的是布设导线网和布设三角网最终平差，但是随着GPS技术的发展，GPS已经渗入到民用生活的各个方面，其中测量方面是非常重要的一方面，它的时间短，精度高，无需通视等优点使它在现在测量工作中更受青睐。
传统的控制测量是通过测量导线的角度和边长，从而换算成方位角，由角度距离在通过一个点的坐标往前传递，最终符合到一个已经点上，在平差从而求出其中导线点的坐标啊。它所用的坐标系统是大地坐标系，GPS所用的坐标系统是WGS-84地心坐标系，在这个过程中我们知道的是一个点的空间直角坐标或者大地坐标（B,L,H）T。
由于测量过程中不是根据一个点的坐标推出后面点的坐标，从而各个点之间的坐标值没有相关性。但是GPS测量是根据空中卫星的坐标来推算出的大地上一些点的坐标，因此地球对整个测量的影响就非常大，这其中的误差包括钟误差，卫星星历误差，电离层延迟误差，对流层延迟误差，多路径误差等误差。对于精度要求比较高的公路以及里程数比较长的公路这些影响因素都需要考虑到。
GPS定位方法有很多种，其中有好几种方法定位的精度很低，通过相互对比，我们可以得出，公路控制方面的测量用的是GPS相对定位的技术。我们根据的是线路周边已有的符合精度的GPS控制点，根据联测的方法，建立起首级的公路平面控制网，然后在在网内进行加密。
下文我们将对GPS在公路控制测量中的各种技术问题进行展开的阐述，现在GPS和GPS-RTK技术已经非常的成熟，它有很多传统工程测量没有的优点，传统 的工程测量各个点的精度都不一样，而这个精度也很不好把控，GPS-RTK精度问题一直不太理想，但是以前我们已经有成功的案例，利用RTK进行控制测量布设首级控制网，并且做了评定符合精度要求实践证明了RTK进行控制测量布设首级控制网的可行性。

1.2 公路工程控制测量现状探讨
一般短距离的线路比较简单的公路可以通过布设导线网来进行公路的控制测量。但是对于线路比较长等级要求比较高的公路，传统的测量方法在误差的传播过程中精度比较低，实施起来非常困难，同时浪费人力物力。而GPS在长距离测量中精度高的特点就展现出来了，当然还得考虑长距离测量过程中地球投影的误差。随着上世纪后期GPS全球定位系统的形成，中国也开始探索和学习GPS定位技术在公路控制测量中的应用，近现代也在很多公路的建设工程中进行了实践，如应用GPS进行了控制测量的技术并在贵州贵黄公路、河南安林高速公路、厦门厦浙公路、天津津石公路进行了有益的探索和实践。同时很多新的技术是自己发明和实践中得到的。云南云贵公路建设有限公司对GPS在水准高程方面进行了相关的研究。现在利用GPS技术进行首级控制网的布设已经非常普遍，如在湖广高速公路，连霍高速公路，济上高速公路等公路的控制测量过程中已经得到广泛的应用。
GPS静态相对定位技术在公路控制测量中非常常用。将两台接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，并同步观测相同的4颗以上的GPS卫星，确定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这种定位模式称为相对定位。静态相对定位中所应用的观测值可以是载波相位观测值，也可以是测码伪距观测值。考虑到修复周跳并确定了整周模糊度后的载波相位观测值就“相当于”高精度的测码伪距观测值（除电离层延迟项反号外，其余数学模型皆相同）。这种方法事通过同时观测相减消除一部分误差，从而精确获得两点的坐标差，再根据一个已知的坐标点坐标，从而可以推算出另一点的坐标。静态相对定位技术由于精度高的优势已经非常普遍的应用于一些精度要求比较高的项目，用于建立高精度的控制网、首级控制网。随着理论技术的深入研究和方法的不断改进，这种技术将会更好的应用于公路控制测量中。
1.3 GPS技术在公路测量中的应用前景
　　随着国民经济的快速发展，我国的北斗导航系统的覆盖面进一步扩大，精度进一步提高，和GPS兼容性更加完善。利用GPS或者北斗系统的全球定位系统进行工程建设也迎来了前所未有的机遇。随着计算机硬件和软件技术的发展，我们利用GPS采集的数据，内业处理方面的软件开发还有很多进步的空间。现在已经有很多软件支持数字化测绘产品。例如南方CASS，MAPGIS,MAPINFO,等等。其中很多软件都是建立在CAD的基础上的。像地形图的生成，填挖土量的计算都可以利用软件进行计算。常规测量方法虽然得到了不断的改善，测量仪器不断的更新，精度不断的提高，但是由于常规方法受到通视情况、天气情况、光线情况、作业条件等方面的局限性，而且作业强度大效率，比较低下，整体成本比较高。综合这些情况，引入GPS成为首选。在公路测量初期阶段，应用GPS静态或者快速静态方法方法进行首级控制网的布设，为整个公路勘测一条带状的地形图，为公路的纵横断面测量提供数据支持，在施工过程中碰到的隧道、涵洞、桥梁为其建立施工控制网，公路测量技术蕴含在RTK技术之中，RTK技术将有着广阔的应用前景，在公路控制测量方面也会体现的非常明显。
2 GPS的相关知识
2.1 GPS系统的组成
GPS全球定位系统是由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星还有3颗备用卫星。这几颗卫星处于距离地面20200km的上空，分布在6个轨道面上，平均一个轨道上有4颗卫星。运行周期是12个小时。卫星轨道的倾角是55度。这样的轨道分布可以让每个用户在全球的每个地方任何时间都能够接收到四颗卫星。能够存住导航信息，卫星在运行过程中因为一些阻力，这样时间越往后，整个系统的精度将会越来越低[1]。
监测站是无人值守的数据自动采集中心，整个全球定位系统一共设立了17个监测站，其中有6个是美国空军的检测站，它们位于卡纳维拉尔角、科罗拉多泉城、夏威夷、阿松森岛、卡瓦加兰、迭戈加西亚。主要功能是对市场中的各个GPS卫星进行伪距测量。通过气象传感器自动测定并记录气温、气压、相对湿度等气象元素。对伪距观测值进行改正后再进行编辑、平滑和压缩，然后传送到主控站。
用户部分由用户及GPS接收机等仪器设备设备组成。GPS接收机主要是捕捉到一定的卫星截止角的待测卫星。再通过跟踪这些卫星来获得距离从而求得坐标。当然求得的距离并不是真实的距离，由于有很多因素的影响所定位求出的只是伪距，GPS接收机由前置放大器的接受天线、信号处理设备、输入输出设备、电源和微处理器等部分组成。GPS接收机有导航型接收机、测量型接收机、授时型接收机等。按照接收机卫星频率数可以分成单频的接收机和双频的接收机等等。GPS接收机有天线单元和结构单元两个部分。接收机采用的是机内和机外这两种直流电源。这样的主要目的是能够在在断电的情况下的能够不断的进行观测。接收单元是由接收单云、存储器、微处理器、输入输出设备和电源等部件组成。

图1.2 GPS系统定位原理
已知，S=1,2,3，观测，，，计算。
用距离交会的方法求解P点的三维坐标（X,Y,Z）的观测方程： （公式1-1）
实质：由GPS接收机在某一时刻同时接收4颗以上的GPS卫星信号测出GPS接收机到GPS卫星的距离，根据空间距离后方交会来确定地面点位置。
观测方程：
式中： 为卫星的坐标；
为测站的坐标；
为接收机钟差。
2.2 GPS RTK的测量原理
RTK(Real-Time-Kinematic)技术是一种建立在利用载波相位观测值进行的实时动态测量定位系统技术。利用求差法来减小了载波相位测量改正后的残余误差及接收机钟差和卫星改正后的残余误差等因素的影响，测量的精度可以达厘米级。在进行RTK进行测量时，至少需要有两台接收机。其中一台装在基准站上面，这样可以观测到所有可以观测的轨道上的卫星，其他的几台接收机安置在基准站的附近进行测量，这些站通常被称为流动站。RTK的工作原理：参考站、流动站需要能够接收4颗以上的卫星并且是相同的卫星，但是在初始化不同，初始化时需要至少5 颗卫星，已知站接受卫星的信号来计算出来已知站在WGS-84坐标。再通过电台来将已知站的一些信息传输给流动站。流动站根据接受到的这些数据链，再根据接受到的卫星数据可以求出流动站的WGS-84坐标，再根据投影和之间的转换参数来求出流动站的大地坐标和流动站的高程坐标。
参考站是由传感器、控制器、天线组成的一个接收装置，并且配备有带有调制解调器的发射电台；流动站是由传感器、控制器、接收器的天线组成的接收装置；流动站配备有带调制解调器的接受电台；中继站它起到一个中介作用，既具有发射功能也具有接受功能，他是把数据链从参考站发到流动站。
随着国民经济的发展，RTK测量范围不断的扩大，已经出现了广域差分GPS系统的WADGPS,国内外已经建立了很多的CORS系统，有美国的CORS系统，德国的CORS系统（SAPOS）,日本的CORS系统（COSMOS）,国内也先后在深圳、上海、北京、武汉建立了的城市CORS系统，四川、江苏、广东建立了省级的CORS系统，在国家发展中发挥了很重要的作用。当然在数据传输方面也有了很大的进步，以前都是用的电台传输，现在用的是GPRS和GSM用卡传输，这比以前更能提高效率，也能减少成本。而在仪器方面，现在的RTK也比传统的更为简单而且操作界面更为简便，同时精度也比以前更高。

2.3 差分GPS
差分GPS（DGPS，differential GPS-DGPS）就是根据已知的精确的三维坐标的差分GPS基准平台，从而求得位置的修正量和位置修正量，再将这些修正量发给GPS导航仪，根据差分GPS基准站发送的信息方式可以将差分GPS分成三类，也就是：伪距差分、相位差分、位置差分。差分GPS（DGPS)是在原来的GPS的基础上加长一些改正的信号，从而能够增高GPS的精度。
这三种差分GPS工作的原理是相同的，都是通过基准站来将改正数发向用户，用户自己再在原来的测量的结果上加上改正数，从而得到比原来精度更高的定位结果。
3 GPS网的技术设计
3.1 GPS控制网的内业设计
3.1.1 GPS控制网设计
在进行GPS测量之前首先要进行的就是控制网的设计和布设，进行设计的依据是测量合同中所规定的相关的任务以及用户提交任务书,这其中包含的内容应该包括测区的概况、坐标系的选择、测量的内外业、经费情况等等。GPS控制网设计的目的是能够在保证质量的情况下，尽可能提高效率，努力的降低成本。因此在设计的过程中既不能脱离实际要求，盲目的追求高精度高的可靠性，也不能为了追求速度和节约经费而不过质量。
（一）GPS网技术设计的一般原则
(1)充分考虑GPS控制网的应用范围
对于省级城市GPS控制网，我们不能只看到现在，要能着眼未来，所布设的控制网能够扩展，对于建筑GPS控制网，要不仅考虑设计阶段，还要考虑施工阶段的可行性。在对起算点的选取过程中，如果要求所建立的GPS网的成果与现有成果能吻合的比较好，则起算点的数量越多越好，当然布设的起算点越多，则所需的人力物力也越多。所以如果不是要求所建立的GPS控制网成果与现有成果完全吻合，则一般可以选取3到5个起算点。为了保证整个控制点的点位精度能够分布均匀，起算点一般要求能均匀的分布在GPS网的周边和网内。要避免所有的起算点在网的一侧这种情况。起算边可以采用高精度的激光测距边作为起算边，数量可以是3到5条，边长两个端点的高差不能相差太大，可以设在GPS控制网中的任意位置。在使用GPS建立控制网时也可以引入起算方位，起算方位可以放在GPS控制网的任意位置，但是起算方位不能过多。
(2)采用分级布网的方案
GPS布网是指在建立GPS网时观测作业的方式，应该包括网的点数和参与观测的接收机数的比例关系、观测时段数、观测时段的长短以及观测作业期间接收机所处的地位等特征。现在的布网的形式主要有跟踪站式、多基准站式、同步图形扩展式、会战式和单基准站式。跟踪站式具有极高的精度和可靠性，同时为了能连续观测要有永久的观测站，用来安置仪器，这样却使得布网形式的观测和运营的成本会很高。跟踪战式一般用来建立A级控制网，对于其他等级的控制网，由于观测的时间比较长，观测的成本比较高，因此，一般不被采用。会战式可较好的消弱大气折光轨道误差和多路径效应等因素的影响。具有很高的精度和可靠性，但是该布网形式一次需要的接收机数量也是比较多，观测的成本也比较高，会战式布网形式一般用于建立B级网。多基准站式由于各个基准站间进行了长时间的观测，因而可以获得高精度的、高可靠性的基站向量，这些基线向量可作为整个GPS网的骨架。另一方面， 若流动站采用同步观测模式，则除了同步观测的流动站间存在基线向量外，流动站还与各个基准站之间存在基线向量，这样可以获得更强的图形结构。多基准站式的布网形式使用于建立B、C、D、E级网。同步图形扩展式与会战式观测作业上相似，主要区别在于会战式所采用的接收机数量比较多，观测时段长度比较长。它具有扩展速度快、作业方法简单、图形强度较高等优点。适用于建立B、C、D、E级网。单基准站式布网形式效率很高，但是图形的强度很弱，所以为了提高图形的强度，一般需要在测站上至少进行两次的观测，由于可靠性很低，单基准站式不适合等级GPS控制网的测量，但是可用于一些对可靠性要求不高的等外GPS测量。GPS控制网不要求像传统的控制网一样布设很多很多等级的控制网，但是GPS也应该分级布设控制网，这样有利于长足的发展，城市建设之中不同的工程要求的等级不相同，因此不同的等级能够满足不同工程的需求。对于大的城市，控制网要求布设三级，对于比较小的城市控制网可以布设成两级。
GPS网中的各种图形都是由独立的基线向量来组成的，根据GPS网的精度之标以及完成的时间经费等因素，GPS网可以布设成三角网、多边形、附合导线、支导线等基本的图形来组成。三角形网的优点就是网的几何强度好，抗粗差能力比较强，而且可靠性比较高；但是缺点是工作量比较大。多边形网的几何强度不如三角形网强，但只要对多边形的边数加以适当的限制，多边形网也有足够的强度。附合导线几何强度一般不如三角形网和多边形网，但只要对附合导线的边数及长度加以限制仍能保证一定的几何强度。星形网由于各个基线之间不构成任何闭合图形，因而星形网抗粗差能力比较差。星形网常用于界址点、碎部点、以及低等控制点的测定。为了防止出现粗差，最好能够从两个已知点上对同一个待定点进行观测。如果只是设立一个基准站，搬站之后应选取若干已经测定的流动站进行复测以尽量减少粗差的发生。
（二） GPS测量的精度
GPS测量的精度是用网内相邻的点的距离中误差来衡量的，它的表达形式是：
σ = a + bd
σ————距离中误差，mm
a————固定误差，mm
b————比例误差系数，10-6
d———— 相邻点的距离，km
表3.1 GPS测量精度

A
B
C
D
E
固定误差a/mm
5
8
10
10
10
比例误差系数b/10-6
0.1
1
5
10
20
相邻点最小距离/km
100
15
5
2
1
相邻点最大距离/km
2000
250
40
15
0
相邻点平均距离/km
300
70
15-10
10-5
5-2
（三） 坐标系统
世界大地坐标系是美国建立的全球地心坐标系，曾先后推出WGS60、WGS66、WGS72和WGS84等不同的版本。其中WGS84于1987年取代WGS72而成为全球定位系统广播星历所使用的坐标系，并随着GPS导航定位技术的普及推广而被世界各国广泛的使用。为了提高WGS84框架的精度，美国国防制图局利用全球定位系统和美国空军的GPS卫星跟踪站的观测材料，以及部分的IGS站的GPS观测材料进行了联合解算。解算时，将IGS站在ITRF框架中的站坐标当做固定值，重新求得了其他站点的坐标，从而获得了更精确的WGS84框架。这个改进后的框架被称为WGS84(G730),其中括号中的G表示该框架是用GPS资料求得的，730表示是从第730周开始使用的。
3.1.2 影响GPS测量技术设计的因素
GPS外业的整个工作相当复杂，因此在设计阶段我们就不得不考虑很多的因素，考虑到外业能出现的情况，下面就介绍一下可能出现的情况：
（1） 和观测卫星有关的因素有图形的强度因子；卫星信号质量；观测卫星数；星历来源。
（2） 和测站有关的因素布网的方案；重复设站；网站密度；时段分配和重合点的设计。
（3） 后勤方面动用接收机的台数以及使用期间和来源；其他外业装备，主要是效能工具和通讯设备；测区内各时段，机组的调度。
（4） 跟仪器有关的因素，天线，如果天线的质量和稳定性不好，会带来一系列的误差；接收机用于精确定位的时候至少需要两台；记录设备，可以是软磁带或者是盒式磁带。
3.1.3 GPS控制网的图形设计
在设计阶段很重要的一部分就是网形设计，它不仅影响着以后施工工程的可行性、经费情况、人员配备情况，甚至影响着施工结束后的精度，当然，GPS网不像传统的导线网、三角网、三边网需要通视，这也给GPS网的设计带来了很大的灵活性。
（1） 布设GPS控制网不只是用于我们当时工程的需要，还要考虑以后方便低等级的施工测量，施工测量使用的仪器可能更多的是全站仪，这样就需要通视。因此，通常情况下要保证任意一个GPS控制点应该与其他两个或者两个以上的控制点保持通视，如果地形比较复杂同时情况不是很好的情况下，也应该至少要保持跟相邻的控制点保持通视，除此之外就要埋设方位桩，并且要用GPS进行联测。
（2） GPS各个点之间的距离应该按照规范进行设计，其中也要会灵活的变通，方便以后低等级的控制点进行加密。
（3）GPS网内各个同步边应该尽可能构成若干个闭合环，一等以上的网中应该至少包括三个线性无关的闭合环，二、三、四等也应至少两个的闭合环，五等的GPS网中也应有一个以上的闭合环，这样在完成各条边的平差之后，才能检验各个闭合差是否满足相应的等级要求。
（4）应该尽可能的和测区内的原有的导线点三角点进行联测，这样方便两个坐标系的相互转换，联测点应该尽可能在均匀的分布在测区内部和外围，GPS网应该尽可能多的联测一些高等级的大地控制点，重合点和联测点不应该少于3个，即使特殊情况下也不能够少于2个[1]。
3.1.4 技术指标
根据相关的规范要求，控制网的精度应该符合下面表格中的规定。相邻点之间的最大距离是平均距离的两到三倍，相邻点之间的最小距离应该是平均距离的1/2到1/3；下面是详细的技术指标：
表3.2 GPS网的技术指标
等级
平均距离(km)
边长中误差(m)
最弱边相对中误
二等
9
10
1／120000
三等
5
10
1／80000
四等
2
10
1／45000
一级
1
10
1／20000
二级
<1
15
1/10000
3.2 GPS控制网的外业设计
3.2.1 选点要求
在选点埋石之前，首先要了解测区的基本状况，要手记测区原有的一些资料，包括测区及其周边的一些国家平面控制点（导线点、三角点等等）、水准点、GPS控制点以及关于卫星定位连续运行的一些基准站的资料，还要了解测区的气候条件、交通条件、原有的地形图、交通图、测区的近期以及长期的规划、还有一些交通通信供电等情况，再根据相关的规范以及项目的合同书任务书来进行接下来的工作[2]。
（1）点位周围应视野较开阔，如运动场、公园、建筑物楼顶或地面停车场内，测站上应便于安置GPS接收机和天线，可以方便进行观测。
（2） GPS网点视场内不应有大于仰角15°的成片障碍物，防止阻挡卫星信号的接受。
（3）需按区域一些地质条件良好，稳定坚固，易于保护的地方设点，并尽可能的顾忌周边的交通情况，国家和地方的基准点应该要埋设仪器墩和固定的标石。
（4） GPS网点应远离大功率的无线电的发射源（如微博中继站、电台、电视台），以免损害了接收机的天线，要避开变电站、高压输电线等设施，其最近处不得小于100m，避免遭到干扰。
（5）搜集已有的资料充分使用已有的控制点和观测墩，另外测站附近的气候条件应该与周边的大环境应该保持一致，以减少由于气候原因造成的误差。
（6） GPS网点应避开类似房屋、广告牌、山坡及大面积的平静水面（湖泊、池塘）等对电磁波接收有强烈吸收和反射影响的金属和其他障碍物[2]。
3.2.2 埋石
埋石的工作包括埋设标石和建造观测墩的工作，时间比较紧的情况，埋石应该和选点应该同时进行。埋石和标志规格应该符合相关的规定。埋石时周边要夯实，以防由于天气原因或者其他原因导致标石移动，如果是现浇混凝土的标志还应该适当的添加防冻剂来加强防冻措施。
3.2.3 外业观测
在进行观测之前，应该让GPS接收机进行预热和静置，具体的过程按照指导书进行，要按照设计的要求进行对中、整平、量取仪器高以及天线定向。
根据GPS网形设计要编制好作业调度表，交通工具的配备和作业人员。观测者观测时采取静态相对定位，卫星高度角为150，时段长度为45min，采样间隔为10 s。应该在4个点上同时安置4台接收机天线(对中、整平、定向)，量取天线的高度，测量的气象数据，开机进行观察，当各项指标都达到要求时，按接收机的提示输入相关的数据，接收机将自动记录，观测者要认真的填写测量手簿和外业观测的相关记录，并随时监视仪器的工作状态，发现有不良反应，及时报上报或记录。观测要求按照下表的要求进行测量。

表3.3 GPS测量作业基本技术要求
项目
观测方法
技术要求
卫星高度角
静态
＞15度
有效卫星数
静态
＞4颗
平均重复测站数
静态
＞1.6
时段长度
静态
＞45分钟
历元间隔
静态
10秒
图形强度因子
静态
＜6
4 控制网的布设
4.1施工控制网的常见网形设计方法
施工控制网的设计方法有：导线、GPS控制网、边角网、建筑方格网。这几种控制网的特点分别是：（1）导线网优点：导线网应用非常的广泛，由于导线网布网非常的灵活，推进的速度非常的快，特别适合于狭长的地带而且精度分布比较均匀，所需要的仪器也比较便宜和常用，所以导线网是布设大地控制网非常常用的一种方式。但是缺点是它所控制的面积比较小、检核的条件也比较少、方位的传算误差也比较大。 （2）建筑方格网布设的特点：建筑区的特点是是一个块状的施工区，如果用导线不太适合，这样用建筑方格网先测出来轴线，然后再测出其中局部的部分，最后也可以通过量距来进行检核。它不仅使用于建筑工地，而且适用于一些工业场地和一些仓库。（3）边角网：有很多的检核条件，包括点位的横向纵向误差。（4）GPS的特点：①网形设计具有比较大灵活性，故选点工作比常规测量更为简便。但GPS测量也有其自身的特点，因此选点时应满足以下要求：点位应选在交通比较便利、容易于安置设备的地方，视野要尽可能的开阔；GPS点应应远离高压线和电磁波的干扰。②定位精度比较高。③观测时间比较短。④可以直接提供三维坐标。⑤操作比较简单，同时可以全天候作业[5]。
4.2 GPS公路工程独立控制网建立
首先我们要根据任务书的要求要知道我们所要修的这条路的等级，然后根据我们搜集的资料在工程附近找到两个已知控制点来确定这条路的方向，然后我们遵循先整体后局部，先控制后碎步的原则，再进一步的布设施工控制网，再利用同步异步环来进行观测最终来确定整个控制网中的基线的向量。然后我们利用这些数据来反算端点基线长来作为整个控制网已知的边长，再将方位反算一下反算过后，跟原先的控制点必定会有一个差值也就是不符值，如果这个差值超限我们要重新解算，如果在限差之内，就要进行无约束平差，再将新旧坐标值取平均后，对高等级网进行约束平差。GPS观测工程过程中，观测时主要技术要求如下：
表4.1 观测主要技术要求
GPOP值
卫星高度角（°）
有效观测卫星数
平均重复设站数
时段长度
（min）
数据采集间隔（s）
闭合环或附合路线边数
≤6
≥15
≥4
≥1.6
≥60（D）
≥45（E）
10～30
≤6（D）
≤8（E）
各级公路及构造物的水准测量等级应按照表1选定
表4.2 工程水准测量等级
测 量 项 目
等 级
水准路线最大长度
（ km）
4000m以上特长隧道、2000m以上特大桥
三等
50
高速公路、一级公路、 1000～2000m特大桥、2000～4000m长隧道
四等
16
二级及二级以下公路、 1000m以下梁、
2000m以下隧道
五等
10

4.2.1 快速静态定位模式
让GPS接收机在每一个流动站上进行静止的观测，在这个过程中接收机可以同时接收到卫星和基准站的同步观测数据，利用这些数据可以求出用户的三维坐标和整周模未知数，如果整个结算过程慢慢的稳定而且精度达到了所要求的精度要求，则可以进行下一个观测，这种方法一般用于控制网的加密，如果采用全站仪进行加密，由于受到通视情况和自然条件的限制，有时实现起来非常的困难，用RTK技术就能够达到事半功倍的效果，定位一个点只需要五到十分钟，而且随着技术的不断更新，将来会越来越快，相对于静态定位来说，时间又比较的短，这样快速静态定位法不仅能大大的提高工作效率、减少成本，而且可以精度更高质量更好的完成[7]。
4.2.2 动态定位
测量前需要在其中的一个控制点上静止几分钟初始化一下，这个过程之后就可以在预定的点位上进行观测，并且联通基站的同步观测数据，就可以实时的确定采样的的三维坐标。动态定位的精度已经可以达到厘米级了，在一些精度要求不是很高的测量中，动态定位发挥着很重要的作用，在公路中在公路勘测阶段可以完成测量的工作,另外地形图的测量，纵横断面的测绘，中桩的测量等工作也可以有动态定位完成，GPS不需要通视，而且动态定位在几秒的时间内就可以完成，精度也能够满足要求[6]。
指标进行比较，一旦实测精度达到了预设精度指标，手簿将会提示测量人员是否接受该成果，接受后手簿将会将测得的精度、坐标及高程同时记录于手簿中。
移动站可以是静态的，也可是动态的，可以在动态条件下进行初始化工作（须要有动态初始化On-The-Fly简称OTF功能接收机），也可以在一个固定点上进行初始化后再进入动态工作。基准站与移动站测量范围距离一般要控制在15km以内，这样实时的三维定位精度可以达厘米级[8]。
4.3 基于GPS控制网布设的优点
在传统的各种方法之中，建立施工控制网最为常用的方法就是采用三角测量的方法，最近几年又出现了精密导线法，但是，由于这些都收到图形条件、地形条件、通视条件等各种因素的影响，但是GPS不受这些因素的限制，因此在公路测量过程中用GPS测量的方法成了一种非常常用的方法。
GPS在测量中的应用,有如下几个优点:(1)测量精度高。GPS测量的精度要明显高于地面常规测量方法，而且随着距离的增加，这种优势更为明显。(2)选点灵活，无需造标，布网成本低。由于GPS测量不需要测站间相互通视，因而不需要建立站标，大大降低了布网成本。另外，GPS网的整体质量与点位分布没有直接关系，因而选点时只用考虑应用需要和观测条件，大大提高了选点的灵活性(3)可全天候作业。理论上GPS测量可以在任何时候任何气候条件下进行。这一特点大大方便了观测作业，有利于按时高效地完成控制网的建立。(4)观测时间短，作业效率高。采用GPS建立一般等级(C级以下)的控制网时，在每个观测站上的观测时间一般在1到4个小时。另外，由于点位通常选在交通较为便利，人员易于到达的地方，所以迁站所需时间短。(5)观测处理自动化。采用GPS定位技术建立控制网，观测作业和数据处理的自动化程度高。特别是外业观测，作业人员所需要做的工作通常仅仅是在测站上按照要求架设仪器，进行一些简单的量测和仪器操作以及进行必要的记录，剩下的观测工作由接收机自动完成，作业人员劳动强度低。(6)可获得三维坐标。GPS测量可以直接得到点的三维坐标（大地经纬度和大地高），而采用常规测量方法，平面位置和高程通常分别确定。需要指出的是，GPS测量所确定的高程是大地高，即相对于参考椭球面的高度，而不是实际应用中同时需要的正高或正常高[7]。
随着经济技术的发展,道路工程建设也发生着革命性的变化。工程的等级越高，常规的测量方法越不能够满足，但是GPS的优势就能够显露出来，现在GPS已经跟国家建设联系的越来越紧密我们这儿主要讨论的是公路问题。
4.4GPS公路工程独立控制网建立的工作流程
4.4.1静态GPS测量
静态GPS测量技术主要用于建立公路首级网，之后再根据其他的测量方法进行进一步的附合导线测量。控制网建立的过程如下：
（1） 导线点选址、路线的初步勘查。接到外业测量任务时，首先要做的是测量人员要对整条路线的走向要进行初步的踏勘，查看一下沿线GPS点位置的基本情况。如果某个点周边有高等级的GPS控制点要进行一遍联测。
（2） GPS控制网的设计：GPS点控制网布设应根据沿线的地形地物、精度要求、公路等级、作业时卫星状况等因素进行综合设计
（3）GPS选点、埋石：选点应按照技术设计书的要求找出有利于采用其他的测量方法和联测。
（4）架设GPS进行观测：四个GPS点有效观测卫星总数、观测共同时间等应该满足规范的要求。（观测的时间要大于等于半个小时，有效观测卫星数大于4个）
（5）GPS观测数据的处理：外业观测完后讲GPS中数据传入计算机后，利用软件，及时的进行质量的分析和数据的处理（GPS点控制网平差计算两个步骤、基线检核与结算。
（6）整个GPS控制网进行加密
（7）公路的中线测量以及公路的纵横断面测量
（8）导线点坐标和平差计算：将各段符合导线测量的数据传入到计算机中进行距离和角度的平差最后得到最终的结果[8]。
RTK作用的距离跟基准站架设的高度关系如下表：
表4.3 RTK作用的距离跟基准站架设的高度关系
高度（m）
典型距离（km）
理想距离（km）
＞30
9-11