公路导线控制测量数据处理的算法研究

【摘要】经济的快速发展促进了我国公路事业的快速进步。公路测量作业中先进技术的应用能够大大提高测量的准确性。GPS技术作为高科技技术在公路测量中的应用对于促进公路事业的进步具有积极的促进作用。本文对GPS技术在公路测量中的应用以及导线测量数据的处理技术进行分析。

【关键词】公路；GPS；测量；导线；数据处理

中图分类号：X731文献标识码： A

一、前言

科技的进步使得传统的测量已经不能满足当前的需求，公路测量技术正在快速发生着转变。以GPS为代表的先进技术快速应用到公路测量中，并发挥着积极的作用。

二、GPS系统构成

1、DPS空间卫星包括了21颗工作卫星和在轨备用3颗卫星。在6个轨道平面内平均分布着24颗卫星，轨道平面产生了55°的倾角，平均卫星高度是20200Km。卫星通过两个L波段的无线电载波为广大用户接连不断的输送定位导航信号，其中包含的卫星位置信息，促使卫星成为一个动态化的已知点。在地球范围内的任意地点和时刻，当高度角超过15°，能够平均观测6颗卫星。

2、GPS地面监控站包含了全球分布的一个主控站、三个注入站以及五个检测站。主控站综合各个监测站观测GPS卫星获得的数据，对各个卫星的轨道和种差参数进行计算，并且编制这些数据成为导航电文同时输入对应的卫星存储器中。

3、GPS用户设备包含了GPS接收机、处理数据软件以及终端设备。GPS接收机能够获得根据一定卫星高度截止角进而选择的卫星接待信号，对卫星运行有效跟踪，并且交换、放大及处理信号，在利用计算机和对应的软件，解算基线、网平差，求解GPS接收机的三维中心坐标。

三、导线控制测量数据处理算法

1、导线测量起算数据输入编程算法

导线测量起算控制点数依据导线形式的不同而不同。因此,所建立的导线测量起算数据结构采用按起算控制点数作为循环变量的循环数据结构。由导线测量数据处理界面设置可知,4个TextBox文本框控件作为起算数据的输入框。建立与这4个文本框以及起算数据结构和编码对应的导线测量起算数据数组,数组组数为4,数组维数为j,以接受来自TextBox文本框的赋值。在数组变量中,控制点号数组为字符数组变量,为确保计算精度,其余数组变量均为双精度数字变量。起算数据输入方式为按照起算数据结构循环输入。界面上采用导线测量示意图、显示应输入的起算控制点序号、TAB顺序键3者结合方式给予实时提示,以免混淆出错。

2、导线测量观测值数据输入编程算法

导线测量观测值和数据处理成果的数据结构均采用按观测值组数作为循环变量的循环数据结构。详见表1。

表1导线测量起算数据结构及其编码表

建立与导线测量观测值及其处理成果数据结构和编码相对应的导线测量数据处理动态数组,动态数组组数为12,动态数组维数为导线测量观测值组数n。其中,1~6数组为导线测量观测值测站、后视、前视3导线点号、观测水平角、导线边长、测站至前视点高差中数,接受来自6个TextBox文本框的赋值。7~12数组为导线测量数据处理中间及最终计算成果赋值数组。数组中3个导线点号数组为字符数组变量类型,为确保计算精度,其余数组变量均为双精度数字数组变量。

导线测量观测值数据输入算法流程,如图1所示。

图1导线测量观测值数据输入算法流程图

四、在公路工程测量中GPS的应用

1、公路工程测量中GPS静态测量技术的应用

第一，初步勘察路线和选择GPS地址。外业测量任务产生之后，安排人员初步勘察路线的走向，观察沿线可以作为GPS点的具置。查看附近路线GPS高等级点便于实施联网。

第二，设计GPS点控制网。应当联系公路具体等级、沿线具有的地物地形、操作中的卫星情况、精准度要求等综合设计GPS控制网。由于GPS控制网属于首级公路控制网，需要利用其它测量方法实施加密。因此在沿着两侧路线间隔5-10米距离布置互相一对通视的GPS点。理论上分析利用GPS点进行观测时仅需要将仪器设置在3个GPS点上同时进行观测就能明确这些点的具体坐标。联系公路自身的特点可以使用4台仪器同时对4个GPS点进行观测，这样能够有效测量全线的速度。

第三，选择GPS点和埋石。应当根据技术相关设计要求选点这样有利于使用其他测量方法进一步扩展与联测。

第四，设置仪器进行观测。在DPS4个观测点同步有效的观测卫星数量是否达到了规定要求。在外业观测过程中要求观测时间必须超过半个小时，观测有效卫星数量超过4个。

第五，处理观测数据。结束外业观测之后在计算机中输入GPS中的数据，应用对应的处理数据软件，及时处理和分析数据质量。这一过程具体包括检核与计算基线、计算GPS控制网平差。

第六，加密CPS控制网。通过全站仪附合导线测量的方法实施加密首级GPS控制网操作。根据GPS的分布把路线分成若干段，对每一段独立实行导线附合测量，确保每一段附合导线都将GPS点作为起始和终止点。

第七，计算导线点坐标和平差。在计算机中传入每一段测量附合导线的数据并且实施角度、距离平差最终获得结果。

2、公路工程测量动态GPS技术的应用

在公路工程测量中应用动态GPS技术具体表现为实时动态定位技术的应用。这一技术具体是将载波相位观测数值作为前提的实时差分技术，它是发展GPS测量技术的重要创新研究，在公路工程中具有极其广泛的应用前景。实时动态定位包含了基准和流动站，对实时动态测量进行保证的重要措施便是构建无限通讯数据，基本原理设计基准点为较高精度取位点的首级控制点，在参考站设置一台接收机，连续观测卫星，位于流动站上的接收机对卫星信号进行接收的同时，利用电传无线电设备对基准站上的观测数据进行接收，按照相对定位的基本原理随机计算机实时显示计算流动站的测量精度与三维坐标。这样使用者便能够对待测点的数据观测质量与解算基线结果的收敛状况实时监测，综合待测点的精度要求，明确观测时间，进一步对多余的观测有效减少，最终提升工作效率，在勘测公路阶段动态定位方式能够实现测绘地形、测量中桩、横断面、纵断面地面线等工作。测量整体过程不要求将通视作为前提，经过1-3秒的测量，可以达到10-30mm的精度，体现出了普通测量仪器无法比拟的优势。实时动态技术具备极大的优点：实时动态显示的结果是通过可靠性检验获得的厘米精度，有效克服了由于粗差产生的工程返工，进一步提升GPS的操作效率，具有极高的操作效率，每一个放置点仅需要1-2S的滞留时间，1-3人就能够实施5-10km的中线测量。假如利用其测量地形，每一天每个小组可以实行1.5km的地形测绘，一般测量方法是无法比拟其精度与效率的；在中线放样的过程中做好抄平中桩的操作。

针对公路工程来说，结合GPS静态定位和动态技术能够高效、高精度的控制测量公路平面。在生产过程中利用一般方法结合GPS技术的生产过程能够有效提升生产效率。伴随着不断发展的GPS技术特点，其初始化时间逐渐缩短，跟踪能力也迅速强化，同时也产生了更高的精度，充分体现出了最好的性价比。

3、建立GPS控制网

根据GPS勘测规定要求，每间隔0.5-1km设置一个控制点，具体等级根据公路等级确定。以高速公路500m特大桥以及中长隧道为例阐述建立GPS网的方法。

按照要求，高速公路根据规定将一级小三角或者是一级导线作为控制等级。因此，控制等级时必须使用首级控制点交子这一等级，而控制首级必须超过四等。因此，在收集资料过程中需要找全测区范围内国家三四等级控制点的全部材料。同时，在首级控制网进行布置过程中应当间隔5-10km设置一首级控制点，便于有效对控制加密进行发展。

当布网等级与方案确定之后，可以根据下列步骤构建公路控制网。

（1）选择点：将控制人员和选线作为中心，选择对今后工作极为便利的点位；

（2）埋石：根据勘测具体要求，进行标石埋选，并且在现场做好标记；

（3）实测：按照应用的仪器标称精度与相关的规范要求进行实测；

（4）评定精度和平差：按照实际测试结果计算平差，并且实行评级精度。精度达到对应的等级要求时可以结束工作。如此，就能够构建高速公路的GPS控制网.

五、结束语

综上所述，在测量过程中，新技术的应用能够大大提高测量的准确性。对于测量数据的处理也要应用先进的技术进行科学分析，并应用于实际作业当中。

参考文献

[1]王坤．公路测量中GPS的应用与分析[J]．林业调查规划，2011,45（10）：18

[2]董天明，谈公路导线控制测量数据的分析与处理[J]公路施工与管理，2013，26（48）：46