GPS技术在道路施工测量中的应用

摘要：随着交通事业的发展，传统的测量方法已不能满足新的要求， GPS测量系统在这方面充分显示了它的优越性，在道路建设中得到广泛的应用。本文根据实际工程利用GPS布设了道路施工控制网，讨论GPS技术在道路测量中的应用，分析GPS技术在道路施工中的现状、优点及其发展趋势，使其应用前景将更加广阔。

关键词： GPS；道路测量；测量精度；GPS控制网

中图分类号：U41文献标识码： A

1 引言

全球定位系统(Global Positioning System)是美国从二十世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、地壳运动监测、工程变形监测等多种学科。

道路工程是指长宽比很大的工程，包括铁路、公路、供水明渠、输电线路、各种用途的管道工程等。这些工程的主体一般是在地表，但也有在地下和空中的，如地铁、地下管道、架空索道和架空输电线路等。道路工程的测量工作，包括道路控制测量、道路地形测绘、道路定测和施工测量。

GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及施工方样等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，控制点少，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。

2 GPS控制网布设方案

GPS网的设计包括网形构造、精度、基准等方面的设计，此外，对于外业工作还要考虑其他因素。无论何种方法布设控制网都要遵循控制测量的原则即分级布网、逐级控制；要有足够的精度和密度；要有统一的规格。目前的GPS控制测量，基本上都采用相对定位的测量方法，对于高等级的工程GPS控制网宜采用边连式或网连式。

由于道路工程一般都具有带状特点，因而在道路的勘测设计与施工中，其基础控制和加密控制一般优先选用导线测量和水准测量方法进行，根据初步方案确定的线路，采用全站仪等设备施测带状地形图和纵横断面图，然后借助于各级控制点，进行中线测量、边线放样、计算各个桩位的填挖工作量、线路土石方、路面铺装施工测量、里程桩标定和道路竣工验收测量。

但是采用常规测量方法方法建立道路工程的基础控制，往往会存在以下问题：(1)规范对附合或闭合导线长度及结点导线间长度等有严格规定一般对于高等级公路均要求达到一级导线。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10km，吉长导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。(2)由于国家大地点破坏严重，在路线附近往往难以找到合适的控制点，即使搜集到控制点一般很难保证为同一测量系统，多是国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量成果的质量。(3)测量工作在道路勘测设计和施工的各个阶段都不可缺少，而且同一测站要重复工作五六次，甚至十来次。野外施工周期较长，劳动强度较大，生产成本居高不下。

利用GPS测量能克服上述所列的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳强度，保证道路工程的测设质量。

3 数据来源以及预处理

观测时采用4台南方灵锐S86型GPS接收机进行同步观测。在R1、R2、R3、R4架设仪器进行40分钟的观测。基本作业顺序为：点位对中安置天线开机接收信号储存数据4个步骤。

图 1.1 道路施工控制网观测记录

将外业观测的数据通过数据传输线传送到计算机中，然后利用南方灵锐数据处理软件进行基线向量、闭合差解校，在此基础上进行网平差及坐标转换，从而得出道路控制测量所需要的测量成果。

4 实例分析

设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。并得到中桩坐标及坐标文件。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标或坐标文件输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。GPS放样：采用南方灵锐S86型GPS接收机建立道路里程桩，具体如下：

打开南方灵锐S86型GPS接收机电子手簿工程之星“工具”菜单下的“道路设计”功能，录入根据线路设计的要素按照软件菜单提示后，计算出线路点坐标和图形。

设计分三段曲线，曲线1和曲线2采用元素模式，设计元素和曲线图形如下：

表1.2曲线1设计元素

表1.3曲线2设计元素

线路设计好就可以进行实地曲线放样，曲线1和2使用的是GPS.RTK进行的实地放样，而曲线2地处的路段树木比较多，GPS信号遮挡的比较厉害，所以此路段的曲线使用的是全站仪进行的实地放样。

表1.4 曲线1部分实地放样坐标

表1.5 曲线2部分实地放样坐标

综合两种方法可以看出采用GPS进行中线测量具有以下优点

(1)作业区域的任意性提高了工作效率。GPS作业时，对区域内的站点之间不要求通视。流动站与参考站之间的联系是建立在无线电波的基础上的，只要参考站架设完毕，在一定范围内，流动站可以任意作业，大大提高了工作效率。

(2)作业过程的灵活性提高了作业速度。对于GPS.RTK来讲，前点即流动站是独立的。仪器会引导你去相应桩号位置，如不合适，可以自由调整桩号，无须交流，从而提高作业速度。

(3)作业时间的无限性提高了完成任务的弹性。GPS.RTK技术在测量时，由于是单点作业，因此受环境因素，人为因素影响较小。因此说它提高了完成任务的弹性。

5 结论

（1）本文主要研究了GPS.RTK技术在道路施工测量中GPS控制网布设方案设计与实施，并利用GPS设计了道路里程桩，GPS和全站仪相结合进行道路中线放样， GPS和水准仪相结合进行竖曲线放样。

（2）利用GPS进行平面控制测量和高程控制测量，具有布网灵活、外业观测速度快、全天候作业、定位精度高等优点，经内业处理要在统一坐标系下提供控制点的三维数据信息。

（3）利用GPS.RTK技术进行实时动态测量，是GPS测量技术发展中的一个新突破。在道路勘测中，应用RTK 技术进行定线测量，可同时一次完成传统测量方法中的放线、中桩、中平等工作，大大提高作业效率。

参考文献

[1] 徐绍铨等编著.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

[2] 中华人民共和国行业标准.公路勘测规范[S].北京：人民交通出版社，1999.

[3] 刘茂海.GPS技术在公路测量中的应用[J].呼伦贝尔学院学报，2004(01).

[4] 贾涛，付东伟.全站仪在道路中线测量中的应用，科技信息.2008.