全球卫星定位系统(Global Positioning System简称GPS) ,是以人造地球卫星为观测对象的无线电导航系统,该系统能为用户更好的提供精密的三维空间坐标、运动物体的三维速度和标准时间,具有全球性、连续性和全天候的功能。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分所组成。导航星座是由24颗位于地球上空约两万公里轨道上卫星网所组成,它们分布在6个不同的轨道面上,这6个轨道面与赤道面倾角为55°。轨道相互间隔120°,相邻轨道面邻星相位差为40°,运行周期为11h 58min,卫星网的这种布置格局保证了在地球上任何地点任何时刻至少能同时观测4颗卫星,最多时可观测到11颗卫星播发的导航信号,实现三维精确定位。卫星发射有三种信号,即精密的P码(大范围的应用于军事领域) 、非精密的捕获码C /A (用于民用方面)和导航电文。地面台站由一个主控站、五个监控站组成。主控站根据各监控站观测到的数据计算出每颗卫星的轨道等数据,注入到各卫星存储器。用户定位设备即GPS接收机,由天线、信号识别和处理装置、微机操作板、指示器、数据存贮器、精密振荡器、电源六大部分所组成,其基本功能是接收卫星播发的信号并利用本身的伪随机噪声码取得观测量以及内含卫星位置和钟差改正信息的导航电文,然后计算出接收机的三维坐标和运动速度。
在高速公路测量中,由于地形较为复杂,公路等级高,如若采用常规测量方法要保证测量精度要求相应较困难,因此在路线平面控制测量中采用了先进的GPS进行导线网测量及平差,中线定测运用GPS动态放样,即省时又省力且确保路线测设精度。GPS测量在老集高速公路中的应用为施工控制打下了坚实的基础。
(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,使得选点灵活性更好方便。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PPm,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km的短基线上,快速相对定位一般只需5min观测时间即可。
(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,虽说用平差办法能够得到克服,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。实际在做的工作中,构造物的控制测量与路线的控制测量常常会出现脱节现象。如用GPS测量,上述列举的缺陷均能一一克服,并提高作业的效率,减轻劳动强度,保证了高速公路测设质量。
(5) 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。尤其是在当前高速公路逐渐向山岭重丘区发展形势下,往往由于这些地区地形条件的限制,实施常规的几何水准测量有困难, GPS高程测量无疑是一种有效的手段。GPS作为新一代卫星导航与定位系统,不仅仅具备全球性全天候连续的精密三维导航与定位能力,而且拥有非常良好的抗干扰性和保密性。其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引起测量工作者的极大兴趣。随着GPS测量理论与设备的持续不断的发展,使得GPS测量技术日趋成熟,测量功能更完善,应用面更广,操作更简便,使GPS测量更实用化和自动化。
