GPS技术在高速公路测量中的应用

摘 要 随着经济的发展以及各类科学技术的不断完善，我国GPS技术已经能够成功应用于各类测量工程中，其中也包含对高速公路的测量。这种测量技术的运用是技术上的巨大革新，在外业勘测中有效性较高。目前，GPS技术已经能够达到实时动态测量效果。基于这一背景，简要阐述GPS技术的应用原理，分析这种技术在测量高速公路相关信息的应用，并以某项高速公路工程为例简单描述其应用要点，旨在优化GPS应用，提高测量有效性。

关键词 GPS；高速公路；测量应用

中图分类号：U412 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0110-02

GPS是一种全球定位技术，起始于1958年。在20世纪70年代，这种技术真正实现了卫星定位，并逐步系统化。GPS技术最初是为实现海陆空提供精确导航以及情报搜集而设定的，即用于军事方面。随着研究投入的不断加大，目前这种技术形成了完整的系统，在地球外部覆盖了24颗卫星，实现了在各领域的有效应用。高速公路的测量目的在于了解公路相关信息，查看其设计、使用是否符合要求。

1 GPS在测量中的优势

1.1 精确定位

一般而言，红外仪的测量精度为5mm+5ppm左右，而GPS的测量精度已经能够达到红外仪水平。但GPS的优越性主要体现在远距离测量方面，距离越远，精度越高。例如，在基线小于50 km时，精度在12*10-6左右，但当基线在100 m-500 m之间时，精度能够达到10-6-10-7。

1.2 自动化

随着GPS技术的不断发展，现如今这种技术已经让数据信号接收机越来越小，设备不断改进、优化，已经能够方便测量人员携带。在实际测量过程中，测量人员只需要将天线对中并且整平，测量仪器高度并打开电源，就可以开始测量了。测量前需检查仪器的工作状态是否正常。仪器观测能够实现自动化，只需要采用相关软件就能够达到对数据的处理效果，自动计算出三维坐标。

1.3 观测时间较短

对高速公路的测量不能够长时间进行，因此测量需快速。在使用GPS方式设置控制网的时候，每个站点的观测时间只需要半小时。如果测量采用的是静态定位，在20千米以内的基线中仅需不到5分钟就能够将目标坐标求出。

2 GPS在测量中的作用

2.1 静态定位

这种静态测量方式适用面较广，能够对短距离或是长距离基线同时适用。在这种测量中，通常会用到3个接收机，把天线设立在基线两端，并标记好测量中心，将其对中整平。这样一来，3台接收机就可以在同一时间对高速公路进行测量。这种测量方式需4颗及以上卫星，并将采样率全部设置在5s-30s之间，截止高度角也应相同。

基线之间的精度与距离决定了观测时段长度，长度可以是几分钟，也可以长达几小时。在测量中，系统会自动解算用户站坐标（通常都是三维坐标）以及整周未知数。结束观测要根据解算结果判断，若结果的变化没有达到稳定趋势，则不能停止观测。随着RTK技术的普及，定位只需要5分钟-10分钟即可完成，相信通过技术的不断改进，定位时间会越来越短，精度也会越来越高，最终将目前高速公路测量中使用的全站仪完全替代。

2.2 动态定位

在高度公路测量领域，这种动态定位的发展前景极为广阔，能够达到测量纵断面地面线、图形测绘、测量公路横断面以及测量中桩的作用。测量时间较短，一般仅需要2秒-6秒即可达到精度在1厘米-3厘米的效果。同时，测量过程中无需通视，相对于全站仪而言更为方便快捷。

一般而言，高速公路设计范围较广，长度较长，公路等级高，在传统测量中采用的方式无法达到对精度的要求。在现代化测量中，GPS技术的运用能够在平面控制中对路线展开平差分析与导线网测量，利用GPS对中线进行放样。这一技术已经成功运用于高速公路测量中，如国道214、共茶高速以及国道109，测量结果得到一致好评。

3 高速公路测量中GPS技术的应用

3.1 设计控制网

控制网的设计首先需要严格选取坐标系，将“WGS-84”大地坐标系统向平面坐标系转换的过程中，需确保测量区域中投影长度不超过每千米2.5厘米的变形值。坐标系统的选择可根据以下两项标准来判定：

1）投影长度≤每千米2.5厘米：这种情况应选用平面直角坐标系，高斯正形为3度。在条件适用情况下，也可采用抵偿坐标系。

2）投影长度>每千米2.5厘米：这种情况下必须使用抵偿坐标系，以免测量出现误差。当需要测量的高速公路长度超过一个投影带的有效范围时，应设置多个投影带，在每两个投影带范围交叠的地方设置能够相互通视的GPS测量点。

3.2 具体测量应用——以某高速为例

在一条全长约146千米的高速公路中，设计有5座隧道与23座桥梁，其中有3条隧道属于特长隧道。

在使用GPS技术展开测量时，需要从高速路段开始的地方起，每5千米至8千米设置一对观测点，两个观测点之间需要相互通视，间距在600米左右即可。由于这条高速公路中存在特长隧道，在对长度在1500米以上的隧道进行测量时，应在隧道中间位置以及两端分别布置测量点，若桥梁长度在200米以上时，也应以这种形式布设，保障放样需求的合理化。在本次研究中，全线一共埋设了63个GPS二级测量点与4个三级测量点。实际测量中，将桥梁与隧道中铺设的二级测量点作为首级平面控制网。

在本次研究中，对这一高速公路的测定共投入了17名研究员，其中8名为专业人员，另外9名为辅助研究员。设备方面，共使用了8台GPS接收机（Leica SR530），测量平面精度控制在3毫米±0.5ppm。观测时间在一小时左右，并且每15秒进行一次数据采样。整个测量工作仅用时7个工作日。

3.3 导线控制

在研究的高速公路中，从公路起始处开始，每隔600米左右设立一级导线点一个，全线一共设置了212个导线点。测量仪器选用的是南方9600型以及Leica SR530这两种设备，采用静态测量方法，在10分钟内每隔15秒采集一次数据。

3.4 摄影测量

摄影测量一般采用飞行器为载体，间隔相同时间进行数据采集。摄影需要按照一定比例进行，比例尺根据地形图确定。例如，在一副1比2000的地形图中，摄影比例应该设定在1比10000；本次研究的高速公路测量中，在平差处理之后能够将测量精度达到100毫米左右，最弱边相对中误差在1/53768，高程数据是根据GPS计算中的拟合法解得出，符合计算要求。

4 结束语

采用GPS技术进行高速公路的测量能够有效降低测量人员工作强度，提高测量效率。GPS技术的高效、高精度以及快速特点让高速公路相关数据测量更为准确，尤其是对公路中桥梁、隧道的测量方面，能够实现中桩测量、实施放样以及点位测量。加上RTK技术的支持，相信GPS技术在高速公路测量领域应用前景广阔。相关研究人员还应加大研究力度，提升测量精度、缩短测量时间，让GPS技术更优发展。

参考文献

[1]付开隆，韩丹，赵志坚.GPS-RTK技术在公路测量中的应用[J].矿山测量，2007（02）.