运用GPS测量新技术 提高公路工程测量水平

摘 要: GPS测量技术具有精度定位、观测时间短、操作简便以及三维坐标等特点，在在公路工程测量方面得到了广泛应用，本文作者对此进行阐述个人的观点，可供同行借鉴。

关键词:公路工程；GPS技术；应用

Abstract: GPS measurement technology has a positioning accuracy, simple operation and short observation time, 3D coordinates and other characteristics, has been widely used in highway engineering survey, the author of this paper personal opinion, for reference.

Key words: highway engineering; GPS technology; application

中图分类号：P25 文献标识码： 文章编号

一、 GPS测量的优点

相对于以往的测量学来说，GPS测量主要有以下特点：

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。

2.定位精度高。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。

3.观测时间短。在小于20Km的基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。

4.提供三维坐标。GPS测量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。

5.操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

6.全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

二、GPS技术在公路工程施工领域的应用

1.布设公路勘测控制网

目前，公路路线GPS网的施测方案基本有两个：一是所有路线控制点全部采用GPS施测，即沿路线纵向每隔500m～1000m布设一个GPS点，相邻GPS点间相互通视；二是沿路线纵向每隔5km～10km布设一对GPS点(一个做控制点．一个做方向点)，作为路线的基本控测，在此基础上，中间再进行红外测距导线加密。

2.公路的横、纵断面放样和土石方数量计算

（1）横断面放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件，储存起来。并随时可以到现场放样测设。同时软件可以自动与地面线衔接进行“戴帽“工作，并利用“断面法”进行土石方数量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。

（2）纵断面放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。

3.桥梁结构放样

对于在江河上修建的大跨径桥梁，由于江面过宽、雾气较大，易造成仪器读数误差，采用传统光学仪器和全站仪来定位是比较困难的。另外，天气情况变化多端、观测浮标位置飘浮不定，影响定位精度。但GPS采用的是空间三点后方距离交会法原理来定位，不受江面外界情况干扰，点与点之间不要求通视，大大提高了作业效率。它的平面坐标定位精度在5ram±lppm左右，基线长度有几米到几十公里，符合桥梁控制网的精度要求。

三、GPS在公路控制测量应用过程中的注意要点

GPS测量测站之间不要求相互通视，且网的图形结构比较灵活，因而选点工作比较简便。但由于点位的选择对保证观测工作的顺利进行、可靠地保证测量结果及后期对工程应用的方便具有重要意义，所以，在选点工作开始之前，应收集和了解测区的地形情况以及原有测量标志点的分布及保存情况，以便确定合理的测点位置。因此选点以及数据采集、处理过程中应注意以下事项：

1.为了避免其周围磁场对GPS信号干扰，测站点应选住远离大功率的无线电发射台和高电线外；测站点应选住易于安置接收机的地方，且视野开阔，其周围150以下不应该有障碍物，以减小GPS信号被遮挡或被障碍物吸收；

2.测站点应选交通方便的地方，并且便于用其他测手段联测和扩展；点位附近不应有大积水域或心仃强烈干扰星信号接收的物体，以减弱多路径效应的干扰；

3.控制点选取存地面基础稳定，易于保存的区域，并做好相关绘制点标记；

4.由于公路是带状，首尾跨度一般比较大，因此控制点的高程不能完全由GPS高程代替，必要时需用水准仪重新进行高程测量；

5.坐标系的相互转换应首先确定测量区域的中央经线，以免发生错误。

四、工程实例分析

1.工程概况

某高速公路拓宽改建工程，工程全长l8．07公里，拓宽后的道路从原先双向4车道改建为双向8车道。

2.GPS点的布设与实施

结合本工程的具体情况，沿线路走向布设GPS点，GPS网采用边连式，组成网中的基线有一定数量的多余观测，以增强成果的可靠，取“G2035、G20l5”两点作为四等GPS控制网的起算点，以取得可靠的坐标转换参数。根据线路情况，GPS首级网拟布设成带状大地四边形锁的形式，点对点之间相互通视。平均400m～500m左右布设1对GPS点。全线共布设107点四等GPS控制点。

控制点均选择在施工红线之外且满足通视要求和相对稳定。点位选设时避免了各种电磁波对GPS卫星信号的干扰、以及因施工的影响而产生点位的变动。控制点分布均匀，相邻边长之比小于l／2。

3. GPS观测

（1）使用仪器：使用6台Ashtech型静态单频GPS接收机(标称精度为5mm+lppm)进行GPS网野外数据采集。

（2）作业时基本技术要求：卫星截止高度角≥15°；同时观测有效卫星数≥4；平均重复设站数≥1．6；同时观测有效卫星数≥4；时段长度≥60min；数据采样率(s)≤30s。

（3）观测方式：每时段观测均量取天线高两次，其互差不超过3mm，取平均值作为最后天线高。

(4)外业数据检核:同一时段观测值的数据剔除率＜l0％；重复基线的测量差值ds≤

(5)各级GPS网异步环或符合路线坐标闭合差需符合下式规定:

4. GPS内业解算

（1）数据后处理：GPS观测数据内业编辑输入相关点位信息后，采用接收机配备的商用软件Ashtechso―lutions2．5进行基线解算，保证每一条基线都求出整周模糊度。重复基线较差和非同步环闭合差的检核仍按外业基线检核时的要求进行。

（2）网平差：对整网进行无约束平差并检核GPS网的观测质量。以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及相应方差协方差阵作为观测信息，以网一点的WGS-84系三维坐标作为起算依据，进行全网无约束平差。对整网进行二维约束平差。

五、结束语

将GPS应用于公路建设，使公路测设水平显著提高。特别是GPS实时动态定位技术(RTK)应用于道路地形测绘、定线测量、施工放样测量等工作可达到厘米级的精度，可方便地进行数据的储存传输，实现与路线CAD的集成。无论在公路勘察设计单位还是公路施工单位均具有重要的应用，而具备RTK功能的GPS接收机价格昂贵，所以在道路建设施工单位推广应用目前有一定难度。但是，由于一个RTK基准站可以与许多流动接收机配合使用，如果加高基准站天线和加大电台功率，数据通信范围可达几十至上百公里，所以在高等级公路建设中，公路勘察设计部门和施工单位可共同设立RTK系统，实现资源共享，每个合同段的施工单位只需购置RTK流动设备即可，这样不仅能节约投资，还能加快工程进度。

参考文献：

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