阮靖文

（中铁建大桥工程局集团南方工程有限公司，广州 511400）

1 引言

随着社会经济水平的提升，工程项目建设环境更为复杂，传统工程测量技术已无法满足新时期工程测量的基本要求。GPS测量技术是在人造卫星观测站的作用下，针对工程项目分布区域构建完整的观测网，精准地获取测量数据，为工程项目建设提供更有参考价值的数据信息，帮助建设方优化项目设计方案，确定各区域的地形信息，以此减少工程项目中的设计风险、质量风险的一种新型测量技术。

2 工程概述

明珠湾大桥工程线路起始于万顷沙岛的万环西路，止于南沙经济开发区虎门联络道，是南沙明珠湾区的重要交通通道。路线横跨南沙街和珠江街，西起于珠江街万环西路，向东跨越龙穴南水道后，东接虎门联络道，全线大致呈西南—东北走向，全长约9 134 m，规划为60 m宽的城市主干路，双向8车道。

3 GPS测量技术相关定义

GPS测量技术是基于人造卫星所进行的点位测量技术，应用GPS测量技术时，可在人造卫星数据的指导下，建立精密的控制网，随后根据控制网内的点位对地面的公路、建筑物、隧道、大坝进行测量。相较于其他测量技术，GPS测量具有实时性、实用性强的特点，且测量结果精度高，所需时间短。据了解，基于GPS测量技术的工程测量，测量数据的精度可保持在分米级、厘米级；实际测量过程中，动态GPS测量仅需几秒、几分钟，静态GPS测量可控制在50～180 min。另外，GPS测量操作流程简单，可选点位范围广，测量成本低，可满足建筑工程、路桥工程、隧道工程等不同类型工程项目测量的基本要求[1]。

4 工程测量中GPS测量的常用方法

4.1 静态测量

在定位过程中，接收机的位置是固定的，处于静止状态，这种定位方式称为静态定位。根据参考点的位置不同，静态定位又包括绝对定位和相对定位两种方式。

1）绝对定位（也叫单点定位）以卫星与观测站之间的距离（距离差）观测为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定观测站的位置，其实质就是测量学里面的空间后方交会。由于卫星钟与接收机钟难以保持严格同步，所测距离均包含了卫星钟与接收机钟不同步的原因，故习惯地称之为伪距。卫星钟差可以根据导航电文中的参数进行改正，而接收机钟差通常难以确定，一般将接收机钟差作为未知参数，与观测站的坐标一并求解。因此，进行绝对定位在一个观测站至少需要同步观测4颗卫星，才能求出观测站三维坐标分量与接收机钟差4个未知参数[2]。

当接收机处于静止状态下，用于确定观测站绝对坐标的方法称之为静态绝对定位。这时，由于可以连续地测定卫星至观测站的伪距，所以可获得充分、多余观测量，相应的可以提高定位的精度。单点定位没有测站的同步数据可以比较，大气折光、卫星钟差等误差项就无法通过同步观测的线性组合加以消除或减弱，只能依靠相应的模型来修正。因此，静态绝对定位目前只能达到厘米级精度。

2）静态相对定位，就是将多台GPS接收机安置在不同的观测站上，保持各接收机固定不动，同步观测相同的GPS卫星，以确定各观测站在WCS-84坐标系中的相对位置或基线向量的方法。在多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、电离折射误差和对流层折射误差等，对观测值的影响具有一定的相关性。所以，利用这些观测值的不同组合进行相对定位，便可有效地消除或减弱上述误差的影响，从而提高相对定位的精度。静态相对定位一股采用载波相位观测量作为基本观测值，这一点位方法，是目前GPS定位中精度最高的一种[3]。

4.2 RTK测量

RTK技术（Real Time Kinematic）是利用GPS载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术，是建立在及时处理2个测站的载波相位基础上的。载波相位差分技术能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。由基准站通过数据链及时将其载波观测值及基准站坐标信息一同传送给用户站，用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行及时处理，能及时给出厘米级的定位结果。

5 工程测量中的GPS测量技术的应用要点

5.1 静态测量

1）点位选择。点位选择是GPS静态测量的基础工作。正式选择点位前，相关人员应采集项目资料，确定工程测量范围，了解测量位置、所需点位数量、观测位置的分布情况等。通常情况下，为发挥点位的观测功能，应选择视野宽阔的点位，点位周边障碍物的高度角应低于10°，以此控制点位之间的路径偏差。另外，为保证GPS测量时卫星信号的稳定性，还应选择稳固的观测点位，点位周围200 m处不得存在高压输电线、无线电设备等。

2022年，明珠湾大桥工程复测的平面控制点位有16个，点号分别为MK3、MK4、MK9、ME4、ME5、ME7、ME11、HS2～HS7、YD1、LJ8、LS1。确定观测点位后，为使各GPS观测点能够形成网络，还应及时标记点位，标记后的测量点禁止随意更改。

2）GPS复测。工程测量活动中，项目测量精度等级不同，所设计的技术方案会存在明显的差异性。在明珠湾大桥项目中，其复测和加密测量采用GPS，按D级GPS网精度测量。因此，在应用GPS测量技术时，应明确GPS复测的技术指标。比如，该项目根据GB/T 18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》，同步观测的有效人造卫星数量应大于或等于4颗，观测时间点不得小于45 min，数据采样频率应保持在10～30 s/次，卫星截止高度角应大于15°，天线对中精度需小于3 mm。

3）外业测量。外业测量是工程测量的核心内容，关系着工程测量的整体质量。应用GPS测量技术进行工程外业测量时，应结合工程测量范围，科学选择测量点。确定测量点位后固定观测设备，并使用人造卫星导航系统采集工程测绘中GPS测量所需的卫星信号，安装观测用的天线。明珠湾大桥工程项目中外业测量方法主要是按照GB/T 18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》要求，用4台GPS接收机同时接收数据。同步作业图形之间采用边连接的方式，并做到有很强的图形结构，确保该观测控制网的高精度和高可靠性[4]。

5.2 RTK测量

5.2.1 RTK测量的日常应用

1）道路施工。RTK可应用于道路施工中的原地面采集、放样道路中边桩、边坡开挖填筑工作，极大限度地提升道路施工效率。以道路放样为例，RTK测量技术支持下，相关人员可应用RTK软件导入道路施工设计中标准横断面、加宽、道路边坡、路基结构等关键参数，实时显示道路施工活动中当前里程、路基路面填挖值等数据，从而减少道路施工对计算设备、设计图纸的依赖，有效地提升道路施工中的外业放样效率。

2）桥梁测量。桥梁测量中RTK可用于桥梁桩基、基坑开挖的放样与复核。桥梁工程放样测量时，RTK测量技术可在放样作业中，将GPS基准站布设在桥梁工程测量控制网内，随后利用移动站进行放样。放样后从RTK测量控制器中提取放样测量时获取的“桥位坐标”。准确地标记桥梁结构，控制施工误差。

3）大土方开挖。大土方开挖中，RKT技术的主要作用集中在原地面测量、计算土石方量、边坡开挖控制、截水沟放样等方面。以土石方测量为例，相较于传统全站仪测量技术，RTK测量技术可在各网格点放样处理后，高效率地测量土石方外业量，且RTK具有“放样直线”功能，所以在实际测量中可直接分解土石方测量区域的方格网，将其分解为直线，每隔10 m设置1个测量点，从而减少土石方工程测量时的逐点测量工作，提升土石方量的测量效率。

5.2.2 工程测量中RTK的应用要点

1）测量放样。移动站是应用RTK技术的基础配置，工程测量中可在移动站作用下，使用RTK手簿控制器驱动接收设备进行放样测量。测量初期，控制器会提示接收机设备初始化已完成，随后控制器显示区域会直接显示工程测量中垂直精度、水平精度等参数。正式放样前，测量人员应导入DTM、点位、曲线、桥梁、道路等基础放样数据，然后打开测量图表，选择RTK中的放样选项；放样时，RTK会显示放样点位置、水平距离、观测值，若放样点、移动站距离过小时，可利用RTK控制器中的测量键进行实测。

2）控制测量。据了解，RTK测量技术在20 km内的测量精度约为3 cm，所以根据工程测量中“控制测量”的相关要求，RTK技术可满足工程项目控制测量要求。比如，在桥梁工程放桩测量中，RTK可检核基准站5 km范围内的4等GPS控制点。结果表明，该范围内测量坐标的分量最大差值不高于30 mm，高程最大差值为5 cm，表示RTK测量能够满足该工程测量中Ⅰ级导线点精度控制要求[5]。

5.3 数据分析

GPS测量技术实践中，还应利用计算机技术，有效分析工程测量数据，准确核算各项参数，以此保证工程测量的精确度、整体质量。比如，测量人员可基于外业检测技术，评估GPS测量数据与工程测量情况的匹配度，建立GPS工程测量数据库。明珠湾大桥项目中，GPS测量后复测网的数据处理主要包括GPS的基线解算和内业平差两方面。基线处理时，结合GPS检测网的基线解算，采用华测CGO数据处理软件，获取观测值。验算外业测量数据时，可在观测工作结束后，利用基线解算进行结果验算，并检验外业测量时的复测基线边、三边同步环基线。

6 结语

综上所述，城市化进程中，工程建设过程中的质量要求不断提升，工程测量的必要性更为突出。GPS测量技术作为新时期常见工程测量手段，其在工程项目建设中可通过动态化、静态化的观测技术，建立观测控制网，科学确定工程测量点位，准确获取工程建设中的地形信息，为工程建设提供完整的数据参考，为各类工程项目的质量控制打好基础。