《GPS在道路勘測的應(yīng)用問題研究（論文）》

GPS技術(shù)在道路勘測設(shè)計中的應(yīng)用研究報告前言11.GPS系統(tǒng)概述11.1GPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1-21.2GPS定位基本原理方法及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2-31.3GPS測量的顯著特點3-42.現(xiàn)代公路勘測的技術(shù)特點42.1公路勘測設(shè)計技術(shù)的發(fā)展概況4-52.2現(xiàn)代公路勘測設(shè)計特點53.GPS技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代公路勘測系統(tǒng)53.1GPS在現(xiàn)代公路應(yīng)用現(xiàn)狀5-63.2值得研究的問題6-73.3課題研究的主要內(nèi)容74.GPS定位應(yīng)用研究84.1公路GPS網(wǎng)投影變形的處理8-94.2GPS網(wǎng)平差基準(zhǔn)的兼容性檢驗方法9-104.3適合公路特點的GPS水準(zhǔn)高程擬合算法思想10-115.結(jié)論及展望11-12致謝13參考文獻(xiàn)14前言現(xiàn)在我國的經(jīng)濟(jì)水平逐漸上升，我國對于基礎(chǔ)設(shè)施的投入也越來越多了，尤其是公路建設(shè)發(fā)展的飛快，很多現(xiàn)代高等公路建設(shè)項目已經(jīng)開始實施。它的優(yōu)點相比于傳統(tǒng)的公路建設(shè)還是不少的，但是操作難度也增加了，線路更長、精確度要高、時間更緊、數(shù)據(jù)要共享都是高等級公路的特點，而且還要重視公路的勘測和施工方面的技術(shù)含量，將GPS技術(shù)用來檢測現(xiàn)代公路是一個不錯的想法，可以以更加現(xiàn)代化的方式來進(jìn)行公路作業(yè)。GPS技術(shù)在公路勘測的使用在前幾年主要體現(xiàn)在采用靜態(tài)或快速靜態(tài)作業(yè)模式建立沿線GPS公路控制網(wǎng)，現(xiàn)在主要體現(xiàn)在采用實時動態(tài)（RTK）作業(yè)模式用于加密控制點、數(shù)字化測圖數(shù)據(jù)采集、施工放樣、縱橫斷面測量以及營運管理等方面。GPS技術(shù)應(yīng)用到公路勘測中，會有很多優(yōu)點，但由于GPS測量與常規(guī)測量在原理和方法上畢竟有著較大的差別，再加上公路工程都屬于帶狀工程，縱向較長可達(dá)幾百公里，而橫向上一般只有幾百米，布設(shè)的GPS控制網(wǎng)基本上呈狹長形，因此有許多問題需要我們在實踐中加以研究解決，所有這些都關(guān)系到公路勘測基礎(chǔ)控制網(wǎng)的可靠性、精確性和實用性，也即關(guān)系到整個公路建設(shè)的質(zhì)量保證問題。因而該項研究具有重要的現(xiàn)實意義。1.GPS系統(tǒng)概述GPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成GPS系統(tǒng)主要包括三大組成部分：即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分。（1）空間星座部分GPS衛(wèi)星星座是21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星一起組成的。這24顆衛(wèi)星在6個軌道平面上均勻的分布著，軌道和軌道之間的夾角呈現(xiàn)60度。這24顆衛(wèi)星距離地面的平均高度是20200km，運行周期是11h58m。觀測者每天最少看到4顆衛(wèi)星最多看到11顆。圖1.1GPS系統(tǒng)的三大組成部分[1]（2）地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控系統(tǒng)的組成是由1個主控站、3個注入站和5個檢測站。在導(dǎo)航的時候，GPS衛(wèi)星是一個不斷活動的已知點。衛(wèi)星所處的位置要看星歷，就是通過描述衛(wèi)星的運動還有軌道的參數(shù)計算出來的。每顆衛(wèi)星發(fā)射的星歷都是可以在地面監(jiān)控系統(tǒng)上檢測出來的。衛(wèi)星上面的設(shè)備工作是否正常，衛(wèi)星有沒有按照設(shè)定的軌道運行，地面監(jiān)控都可以進(jìn)行控制和監(jiān)測。各個衛(wèi)星怎樣保持同一個時間標(biāo)準(zhǔn)呢?這就要地面監(jiān)控系統(tǒng)的作用了。地面監(jiān)控站可以檢測每一個衛(wèi)星發(fā)射的時間，然后算出時間差。地面監(jiān)控站就可以給衛(wèi)星發(fā)送信號，衛(wèi)星作為中介再把導(dǎo)航電文發(fā)送給需要的用戶設(shè)備上。（3）用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備就是一個GPS信號接收器。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備[2]。其主要任務(wù)是：可以接收到按照衛(wèi)星高度截止角選擇的需要進(jìn)行監(jiān)測的衛(wèi)星信號，要對這些衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，了解他們的運行狀況，再對收到的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大以及處理，為了方便對GPS信號的測量，測量出衛(wèi)星接受信號所需要的時間，最后翻譯出衛(wèi)星發(fā)送的電文，計算出來觀測站的三維位置，或者三維速度以及時間，最后就達(dá)到了GPS衛(wèi)星來定位的目的了。1.2GPS定位基本原理方法及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換任何一項測量工作都需要一個特定的坐標(biāo)系統(tǒng)基準(zhǔn)。因為衛(wèi)星的導(dǎo)航是覆蓋全球的，所以位置坐標(biāo)也是全球的，國際協(xié)議有關(guān)規(guī)定，把這個叫做協(xié)議地球坐標(biāo)系（coventionalTerrestrialSystem-CTS）。現(xiàn)在，測量中使用的協(xié)議地球坐標(biāo)系稱為1984年世界大地坐標(biāo)系(WGS-84)。WGS-84是衛(wèi)星廣播星歷和精密星歷的參考系,它由美國國防部制圖局所建立并公布的。這樣的坐標(biāo)系在建立的時候是以地球的質(zhì)心作為坐標(biāo)原點的，而且坐標(biāo)系的方向和BIH1984所定義的方向一樣。它現(xiàn)在是全球最為頂尖的測量參考系統(tǒng)其中的一個了。我國也有自己建立的坐標(biāo)系，叫做國家大地坐標(biāo)系，也叫作C80。它可以和世界大地坐標(biāo)系進(jìn)行自由切換。GPS是怎樣定位的，按照每個用戶的接收器在測量的時候所處的狀態(tài)進(jìn)行分類，可以分為靜態(tài)和動態(tài)定位，如果按照定位得到的結(jié)果來進(jìn)行分類的話，則可以分為絕對定位和相對定位，不同的定位方法還可以進(jìn)行組合。在進(jìn)行繪測的時候，通常使用靜態(tài)定位的方法。什么是靜態(tài)定位呢?所謂靜態(tài)定位，就是把接收機放在監(jiān)測臺上一定的時間，來確定這個點在坐標(biāo)軸上的三維定位或者兩個點之間的相互定位。所以說，定位所依靠的就是衛(wèi)星和用戶之間距離的差進(jìn)行觀測量作為基礎(chǔ)的，最重要的一個步驟就是怎樣去測定衛(wèi)星和用戶之間的距離。GPS定位成果屬于WGS-84大地坐標(biāo)系，即衛(wèi)星星歷是以WGS-84坐標(biāo)系為坐標(biāo)框架的。而實用的測量成果是某一國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系的，因此必須解決定位成果的坐標(biāo)變換問題。而此轉(zhuǎn)換采用著名的Bursa7參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，其數(shù)學(xué)模型為：（1-1）式中，[X，Y，Z]GT為地心空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。[X，Y，Z]rT為地面空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。原則上要求至少有3個重合公共點的坐標(biāo)，按最小二乘準(zhǔn)則，由上式求出三個平移參數(shù)[△X，△Y，△Z]T和三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)[εX，εY，εZ]T以及尺度參數(shù)m，然后把其余點的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成參心坐標(biāo)。1.3GPS測量的顯著特點相對于經(jīng)典測量來說，GPS測量主要有以下特點：（1）測站之間無需通視。測站間相互通視一直是經(jīng)典測量無法逾越的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。（2）定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而測距儀標(biāo)稱精度5mm+5ppm，GPS測量精度與測距儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。（3）觀測時間短。在20km以內(nèi)的短基線上，快速靜態(tài)相對定位一般只需5min觀測時間即可。尤其是實時動態(tài)RTK定位，流動站只需觀測幾秒鐘即可獲得cm級的點位精度，而且沒有誤差累積。（4）提供三維坐標(biāo)。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。（5）操作簡便?，F(xiàn)在GPS接收機不斷的升級，已經(jīng)向自動化發(fā)展了，而且接收機的體型變得越來越小，重量也更加輕盈，給測量工作者帶來了很多的方便，讓他們在野外工作時更加隨心所欲。（6）全天候作業(yè)。GPS觀測不會受到地點和時間的限制，而且不會受到惡劣天氣的影響。GPS技術(shù)的精準(zhǔn)度非常的高、效率也很高、而且已經(jīng)達(dá)到了自動化的程度，很多測量工作者對此都很感興趣?，F(xiàn)在，GPS技術(shù)已經(jīng)在全球普及了，這項技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域很廣泛，比如大地測量、工程測量、地殼變形測量、航空攝影測量以及海洋測量。傳統(tǒng)的測量技術(shù)已經(jīng)被GPS技術(shù)代替了，我們的測量技術(shù)已經(jīng)有了很大的改變。2.現(xiàn)代公路勘測的技術(shù)特點2.1公路勘測設(shè)計技術(shù)的發(fā)展概況根據(jù)公路設(shè)計過程的區(qū)別，可以分為兩類:勘測外業(yè)和設(shè)計內(nèi)業(yè)。勘測部分發(fā)展到現(xiàn)在，就是因為地形數(shù)據(jù)的采集的自動化和精準(zhǔn)度高，這些的提升都要感謝各種新技術(shù)和高科技設(shè)備的支持，設(shè)計部分主要取決于計算機硬、軟件環(huán)境和CAD研究與應(yīng)用水平的提高?，F(xiàn)在GPS已經(jīng)成為了很重要的公路勘測技術(shù)，而且它還有更多的功能比如航空拍攝、計算機等等。我國高等級公路的建設(shè)始于20世紀(jì)80年代后期,至今已30多年。在這期間我國的公路勘測技術(shù)因為測量技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷升級發(fā)展，也得到了很快的提升。各種科研單位和高等學(xué)校都研究出了自己的勘測方法，這些辦法在我國的公路勘測當(dāng)中起到了很關(guān)鍵的作用?？偟脕碚f，我國的這項技術(shù)還沒有完善，沒有很高的集成化和系統(tǒng)化，不能完成現(xiàn)在我國對于公路勘測的要求，和發(fā)達(dá)國家的勘測技術(shù)還有差距。下面是我國公路勘測存在的問題:采集原始數(shù)據(jù)的方法太單一了，沒有把現(xiàn)代化技術(shù)融入進(jìn)去。沒有很好的利用到數(shù)字模型，沒有數(shù)字模型，就沒有辦法讓CAD系統(tǒng)更加完善。沒有形成“系統(tǒng)工程”理念,彼此獨立配合不利。缺乏整體設(shè)計理念,沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2.2現(xiàn)代公路勘測設(shè)計特點因為公路等級不斷在升級，對于勘測公路的要求也更加嚴(yán)格了。一般可以根據(jù)測區(qū)范圍的大小和測量儀器的精度高低，公路的勘測可以分為傳統(tǒng)勘測和現(xiàn)代化勘測。傳統(tǒng)的勘測技術(shù)，就是使用一些普通的勘測儀器（經(jīng)緯儀、測距儀、水準(zhǔn)儀等）所從事的路線勘測，即現(xiàn)場選定路線交點和轉(zhuǎn)點，然后布置中線，進(jìn)而完成整個路線勘測工作。這種傳統(tǒng)的勘測方法，其缺點是同一測站重復(fù)工作多，施工精度不高，野外周期較長，勞動強度較大，生產(chǎn)成本居高不下，所以比較適合勘測范圍比較小的，不會涉及到地球的曲率帶來影響的時候，工程比較簡單的一些勘測工作。對于現(xiàn)代公路勘測，要用到比傳統(tǒng)勘測更加技術(shù)話，更加精密的儀器了（GPS、全站儀、水準(zhǔn)儀等）所從事的路線勘測，采用的是紙上定線法。隨著GPS定位技術(shù)特別是實時GPS動態(tài)定位技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用，公路勘測作業(yè)流程的改革已進(jìn)入可行階段，一次性外業(yè)測量完成工作目標(biāo)變成可能，從而大為減輕測量作業(yè)人員的勞動強度。這種作業(yè)方式的顯著特點是測量精度高，工作的流程比較簡單，而且工作的效率高。可以用在那些勘測范圍比較廣的，還要考慮到地球曲率的時候，使用現(xiàn)代公路勘測是最為合適的。等級比較高的公路和高速公路，他們的建設(shè)過程和低級公路的建設(shè)過程是不一樣的，如線路狹長、精度要求高、時間要求緊，因此應(yīng)該采用現(xiàn)代公路勘測方法。3.GPS技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代公路勘測系統(tǒng)3.1GPS在現(xiàn)代公路應(yīng)用現(xiàn)狀自從80年代開始，我國的公路勘測已經(jīng)投入使用了很多高科技電子儀器，但是需要勘測的路線太長，對于已知點的了解比較少，受到很多條件的限制，用傳統(tǒng)的勘測方法使用導(dǎo)線測量和全站儀已經(jīng)不能夠完成勘測任務(wù)了，工作起來難度太高，會影響到勘測的有效時間，而且勘測出來的數(shù)據(jù)也不夠精確。在現(xiàn)代公路勘測中迫切需要引進(jìn)新技術(shù)來克服上述缺陷，從而全面提高公路測設(shè)質(zhì)量。如果可以把GPS技術(shù)應(yīng)用到公路勘測中，那么會給公路勘測帶來巨大的好處。GPS在剛開始時多用于靜態(tài)或者快速靜態(tài)工作模式來進(jìn)行公路勘測，最近這些年GPS技術(shù)主要體現(xiàn)在采用實時動態(tài)（RTK）作業(yè)模式用于加密控制點、數(shù)字化測圖數(shù)據(jù)采集、施工放樣、縱橫斷面測量以及營運管理等方面[6]。這項技術(shù)為公路勘測帶來了前所未有的幫助，但由于GPS測量與常規(guī)測量在原理和方法上畢竟有著較大的差別，再加上公路工程都屬于帶狀工程，縱向較長可達(dá)幾百公里，而橫向上一般只有幾百米，布設(shè)的GPS控制網(wǎng)基本上呈狹長形，所以，還有很多的困難我們要通過實踐進(jìn)行研究，最后解決困難，如特長公路（這里指100km以上）的高斯投影變形超限問題，大跨度帶狀GPS網(wǎng)平差基準(zhǔn)的兼容性問題，公路GPS高程擬合精度問題，RTK作業(yè)的可靠性與質(zhì)量控制問題等。所有這些都關(guān)系到公路勘測基礎(chǔ)控制網(wǎng)的可靠性、精確性和實用性，也即關(guān)系到整個公路建設(shè)的質(zhì)量保證問題。因而該項研究具有重要的現(xiàn)實意義。3.2值得研究的問題經(jīng)過近幾年的實踐探索，國內(nèi)公路設(shè)計中將GPS技術(shù)應(yīng)用于公路勘測已取得了部分成果，并在實際作業(yè)中得到了較好的應(yīng)用。因為在公路路線的控制測量是一個比較小的區(qū)域，對于大地控制測量和其他工程測量來說，不論是施測方案還是控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理都有很大的差別，這里面還有很多問題需要我們研究和探索。針對特長公路尤其是東西向或近似東西向的公路，高斯投影變形過大甚至超限，不能滿足公路施工放樣的需要，目前采取的做法是建立獨立坐標(biāo)系，一般盡量選擇單個任意帶，不能解決問題時，選擇多個任意帶，如此雖然減小了投影變形，但又帶來了同一工程的不同坐標(biāo)銜接問題，即使再采取坐標(biāo)平移，也會存在“縫隙”問題。在較長公路上面搜集到的高級控制點都比較復(fù)雜，沒有辦法保證就是同一個測量系統(tǒng)上的，這就存在著系統(tǒng)間的兼容性問題，如果用不兼容的高級控制點作為平差計算的起算點，勢必嚴(yán)重影響GPS測量成果的質(zhì)量。如何有效地進(jìn)行起算基準(zhǔn)點的兼容性分析與取舍，這是值得研究的一項工作，對RTK測量中轉(zhuǎn)換參數(shù)的合理確定也具有重要意義。對于特長公路，由于縱向伸展范圍較大，勢必高程異常的變化要復(fù)雜得多，這對保證GPS高程的擬合精度是不利的?，F(xiàn)在很多情況下都使用多項式曲線擬合法、三次樣條曲線擬合法以及多項式曲面擬合法。已有的研究發(fā)現(xiàn)，但是不管是哪種方法，最后得到的擬合精度都不完美，就算是分段擬合，也會優(yōu)缺點存在，所以要對其進(jìn)行完善和改進(jìn)，以確保GPS高程的擬合精度[7]。GPS和RTK技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)了我們的生活中，實現(xiàn)公路勘測的現(xiàn)代化已經(jīng)是有希望的了，這對于公路勘測的效率和精度都會帶來很大的提升，能夠把測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，這對于公路勘測有著非常重要的作用。然而，RTK作業(yè)受測點環(huán)境影響較大，而且自身缺乏檢核，因而RTK成果的可靠性及其外部檢核也是不容忽視的。3.3課題研究的主要內(nèi)容本課題的主要任務(wù)，針對公路勘測中經(jīng)常遇到的這些技術(shù)難題進(jìn)行分析研究，在充分吸取他人研究成果的基礎(chǔ)上，得出一些有益的結(jié)論。3.3.1研究的主要內(nèi)容包括：（1）基于控制投影變形的數(shù)據(jù)處理方法研究；（2）帶狀GPS網(wǎng)平差方案的優(yōu)選準(zhǔn)則；（3）公路GPS水準(zhǔn)高程擬合的優(yōu)化處理；3.3.2研究的主要方法包括：（1）根據(jù)地圖投影原理，針對東西向或近東西向公路采用高斯投影方式，以解決投影變形超限或過大的難題；（2）系統(tǒng)地分析GPS網(wǎng)平差基準(zhǔn)的兼容性檢驗方法；（3）利用多種數(shù)學(xué)模型，探討適合公路特點的GPS水準(zhǔn)高程擬合算法。4.GPS定位應(yīng)用研究4.1公路GPS網(wǎng)投影變形的處理公路控制網(wǎng)要按照國家的坐標(biāo)系結(jié)果，通常把控制網(wǎng)的各邊長度進(jìn)行了改變，導(dǎo)致長度的形變，這會影響到大比例尺地形測圖和工程測量工作的進(jìn)行。為了避免投影長度的改變，往往采用局部坐標(biāo)系。（1）長度變形的產(chǎn)生我們知道，將實地測量的真實長度歸化到國家統(tǒng)一的橢球面上時，應(yīng)加如下改正數(shù)?s=?H式中RA——長度所在方向的橢球曲率半徑；Hm——長度所在高程面對于橢球面的高差；S——實地測量的水平距離。然后再將橢球面上的長度投影至高斯平面，加入如下改正數(shù):?S=+ym這樣，地面上的一段距離，經(jīng)過上列2次改正計算，被改變了真實長度。這種高斯投影平面上的長度與地面長度之差，稱為長度綜合變形，其計算公式為:δ=+y式中，ym表示測區(qū)中心的橫坐標(biāo)（自然值），Hm表示測區(qū)平均高程，ym與Hm均以km為單位。上式表明，采用國家統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)所產(chǎn)生的長度綜合變形，與測區(qū)所處投影帶內(nèi)的位置和測區(qū)平均高程有關(guān)。（2）局部坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇高斯投影分帶是專門針對長度變形情況的方法，那選擇合適的GPS控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)也可以達(dá)到防止長度變形的作用。由于以橢球面作為計算表面（投影面）、按正形投影3°帶計算的平面坐標(biāo)稱為國家統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，所以投影和影帶要做出改變，算出的坐標(biāo)已經(jīng)不是國家統(tǒng)一規(guī)定的了，被稱為局部坐標(biāo)系統(tǒng)，也可以叫做獨立坐標(biāo)系統(tǒng)。下面都是局部坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇方案。其一：選擇抵償高程面作為投影面，按高斯投影3°帶計算平面直角坐標(biāo)。其二：選擇任意投影帶，投影面仍采用國家橢球面，按高斯投影計算平面直角坐標(biāo)。其三：選擇平均高程面或抵償高程面作為投影面，以通過測區(qū)中心的子午線作為中央子午線，按高斯投影計算平面直角坐標(biāo)。（3）局部坐標(biāo)系統(tǒng)的局限性上面所說的第一個方法就是利用投影面的改變來防止長度變形的，這個方法的優(yōu)點就是概念直觀而且操作簡單。在換算過以后新坐標(biāo)和國家規(guī)定的坐標(biāo)相差很小，可以更好的保證測區(qū)內(nèi)外之間的聯(lián)系，不過不適用于所有區(qū)域。第二種辦法就是可以該表中央子午線，任意的投影都可以防止長度發(fā)生變形，而且和第一種方法有著相同的優(yōu)點。但是和國家統(tǒng)一的坐標(biāo)系差別太大。第三個方法是改變投影面和改變投影帶來防止長度變形，這種方法操作起來有難度，施行起來會遇到很多麻煩，而且換算過以后和國家坐標(biāo)系統(tǒng)差異也很大，很難保證和國家統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)建立聯(lián)系。通過三種選擇方法的比較可以看出，采用基于高斯投影的局部坐標(biāo)系統(tǒng)方案，具有一定的局限性，要么適用范圍有限，要么使用不方便。對于特長東西向的公路GPS控制網(wǎng)，為了保證精度，只能采取分段高斯投影而遷就使用上的不便。4.2GPS網(wǎng)平差基準(zhǔn)的兼容性檢驗方法不論得到的測量結(jié)果是什么，我們都要把這個結(jié)果代入到相應(yīng)的參考坐標(biāo)系當(dāng)中。常規(guī)地面測量成果屬于國家大地坐標(biāo)系或地方獨立坐標(biāo)系；GPS測量成果屬于WGS-84坐標(biāo)系，我們需要將GPS測量獲得的WGS-84坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換為國家或地方坐標(biāo)系的二維或三維成果。其轉(zhuǎn)換方法是在GPS網(wǎng)布設(shè)時聯(lián)測一定數(shù)量的國家高等級已知點（又稱為公共點），并在平差計算中作為約束條件，可以把GPS測量的結(jié)果強制性的代入到坐標(biāo)系里。但是很多情況下，已知點都不具有相互兼容的能力，而且存在很大的誤差，這會對GPS網(wǎng)帶來精度上面的影響，所以已知點的精準(zhǔn)度越高，相互兼容的能力越好，那么最后得到的GPS網(wǎng)平差結(jié)果就會越精確。對于公路GPS網(wǎng)，由于線路較長，貫穿范圍廣，在沿線過程中搜集到的控制點很多時候都不是同一個測量系統(tǒng)，往往是各種控制點混雜一起，因而容易引起系統(tǒng)間的兼容性問題，由此而引起的公路GPS網(wǎng)的扭曲和變形將更為突出。因此，在為了方便找到并且消除誤差比較大的不具有兼容性的公共點，GPS處理中心在對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理的時候要更加仔細(xì)。以確保公路GPS網(wǎng)的高精度要求[10]。這一節(jié)我對如何去判斷公共點的兼容性進(jìn)行討論，具體的方法我也有展示，而且進(jìn)行了對比分析。國家《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》(GB/T18314-2001)規(guī)定：在約束平差中，基線分量的改正數(shù)與剔除粗差基線后的無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對值應(yīng)滿足下式：dVΔx≤2σ，d計算式中：σ是相應(yīng)等級GPS網(wǎng)的基線精確度，當(dāng)超限時可以認(rèn)為約束的起算數(shù)據(jù)與GPS網(wǎng)不兼容，需要進(jìn)行起算數(shù)據(jù)的取舍，直到滿足上面的要求為止。已知點對GPS網(wǎng)約束平差結(jié)果精度的影響表現(xiàn)為：約束平差后的單位權(quán)方差、平均點位中誤差以及尺度參數(shù)等隨已知點坐標(biāo)誤差的增大而顯著增大，其變化呈二次遞增曲線；已知點周圍的基線向量改正數(shù)隨已知點坐標(biāo)誤差的增大而明顯增大。由此可以將單位權(quán)方差、平均點位中誤差、尺度參數(shù)、基線向量改正數(shù)等作為公共點兼容性的檢驗標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，我國很多專家對GPS網(wǎng)已知數(shù)據(jù)的兼容性判斷的方法已經(jīng)有很多了，其中也有一些可以進(jìn)行實踐的辦法，其中比較有代表性的是:單位權(quán)方差的假設(shè)檢驗法、附合路線驗算法、尺度參數(shù)比較法以及基線歸算比較法等。這些方法的具體操作步驟可以去相關(guān)的書籍上面進(jìn)行查找。這鞋辦法在使用的時候要符合要求，首先應(yīng)對GPS控制網(wǎng)進(jìn)行同步環(huán)、異步環(huán)閉合差及重復(fù)觀測基線較差的檢驗，確定閉合差及較差均在規(guī)定限差范圍之內(nèi)，確認(rèn)GPS基線向量觀測值中無粗差。不難看出，上述方法連同規(guī)范要求的式（4.4）都是基于GPS網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差為前提，在GPS網(wǎng)布設(shè)實踐中，對于測區(qū)范圍不太大的GPS網(wǎng)，一般多采取二維平差方式提交成果，也即先將GPS三維基線向量轉(zhuǎn)換成國家坐標(biāo)系下的二維基線向量，然后在高斯平面直角坐標(biāo)系下與常規(guī)定位結(jié)果進(jìn)行比較和聯(lián)合處理。對于公路GPS網(wǎng)，由于聯(lián)測的已知點一般都是呈帶狀形分布，并非幾何區(qū)域上的均勻分布，因此進(jìn)行二維平差比三維平差更為有利[11]。4.3適合公路特點的GPS水準(zhǔn)高程擬合算法思想GPS相對定位可以得到高精度的三維基線向量（?B，?L，?H），通過GPS網(wǎng)平差，可以提供各點對應(yīng)于WGS—84橢球的大地高H84。由于我們采用的高程系統(tǒng)為正常高系統(tǒng)，因此，在實際測量過程中必須將GPS大地高H84轉(zhuǎn)化為正常高Hr。兩者之間的關(guān)系如下：Hr式中：ζ為似大地水準(zhǔn)面（即正常高相應(yīng)的基準(zhǔn)面）與橢球面（即大地高相應(yīng)的基準(zhǔn)面）之間的高差，稱為高程異常。只有知道了高程異常才能實現(xiàn)正常高與大地高之間的相互轉(zhuǎn)換[12]。應(yīng)用GPS求定正常高主要包含三方面的誤差：其一是已知點的高程；其二是大地高的測定誤差，其三是大地高轉(zhuǎn)化為正常高的轉(zhuǎn)換誤差，即高程異常的求定誤差?，F(xiàn)在GPS高程轉(zhuǎn)換使用最多的還是GPS水準(zhǔn)擬合算法，要結(jié)合一些水準(zhǔn)測量結(jié)果，然后用高程擬合的計算方法。通過很多研究資料顯示，在平坦地形中，如果GPS的水準(zhǔn)點包含了全部的測試區(qū)域，那么點的擬合精度可達(dá)到3m之內(nèi)；如果分布的不合理，點的精確度不夠高，但是在山區(qū)，就算擬合點可以均勻的分布，但是其精度也絕對比不上平坦地區(qū)的擬合點精度。公路上的GPS網(wǎng)，線路比較長，跨過的地形多樣，高程異常變化也更加復(fù)雜多變，所以我們要重視對高程擬合計算的研究。通過GPS網(wǎng)三維平差可得到各點的大地高H84，若網(wǎng)中有部分GPS點是水準(zhǔn)聯(lián)測點，則這些點的正常高Hr是已知的，相應(yīng)的可求得這些點的高程異常ζ。高程出現(xiàn)異常的時候是很正常的，在一定范圍內(nèi)，我們可以認(rèn)為它們變化的比較緩慢，可以通過一些數(shù)學(xué)函數(shù)來進(jìn)行擬合，計算出來可以反映出GPS網(wǎng)控范圍之中的函數(shù)，再利用內(nèi)插求出網(wǎng)中其他點的高程異常。這即是GPS高程擬合算法的主要思想。5.結(jié)論及展望GPS技術(shù)應(yīng)用到了公路勘測當(dāng)中的事例討論過以后，我們難發(fā)現(xiàn)GPS對于公路勘測有著很關(guān)鍵的作用，它非常適合用在公路勘測當(dāng)中；經(jīng)過我的研究和分析，在比較小的范圍內(nèi)，可以使用兩個坐標(biāo)位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換，精準(zhǔn)度可以達(dá)到一定的要求；如果小區(qū)域控制測量時，特別是在丘陵地區(qū)，垂線偏差的影響較小，因為地勢帶來的限制，所以使用幾何水準(zhǔn)測量是不合適的，GPS技術(shù)高程測量是適合在這種地形上面進(jìn)行測量的；因為它不會受到地勢環(huán)境和距離的影響，可以用在很多復(fù)雜地形和惡劣天氣情況下，可以在很大程度上提高公路勘測的質(zhì)量，還可以降低操作人員的工作難度，工作起來更加方便輕松。GPS技術(shù)的應(yīng)用在公路勘測中已經(jīng)發(fā)揮著很重要的作用，這是對于公路勘測的一次歷史性改革，這讓公路勘測技術(shù)提升了很大的一截，對于公路勘測的精準(zhǔn)度和效率都有很大的提升，尤其是實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)在公路勘測、施工和后期養(yǎng)護(hù)、管理等方面都有著更好未來發(fā)展趨勢。GPS技術(shù)、RS技術(shù)GIS技術(shù)及其集成“3S”技術(shù)為核心的“數(shù)字公路”，作為21世紀(jì)公路工程技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo),將會在公路工程的勘測設(shè)計中大顯神通，進(jìn)一步推動公路設(shè)計自動化，全面提高設(shè)計質(zhì)量?，F(xiàn)在我們國家的發(fā)展速度已經(jīng)越來越快了，交通業(yè)對我們國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和公民的出行有著很重要的作用