谈GPS系统在交通运输工程中的应用

摘 要：近几年来，随着我国国民经济的飞速发展，我国基础设施建设的不断扩大，交通运输工程建设迎来前所未有的发展机遇。GPS是近年来开发的高精度定位技术,在各种领域中得到越来越多的应用。随着我国经济技术的发展,高速公路、高铁等等的修建和GPS技术研究的不断深入,它在交通运输工程中发挥着重要的作用。本文本文以某交通运输工程为例，介绍了GPS全球定位系统在交通运输工程测量中的应用，以及使用RTK 进行地形图绘制的应用。

关键词：交通运输工程；GPS 全球定位系统；

中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号：

现在GPS主要用于建立道路工程控制网和测定航测外控点等。高等高速公路因为线路长、已知控制点少,用常规手段不仅布网困难而且精度也达不到要求。在几十公里范围内点位误差有2cm左右,实现了常规方法难以达到的精度,并且缩短了工期。GPS技术也可应用于特大桥梁的控制测量中,无需通视,网形强,点位精度高,对测量支点也相当有效。

1 GPS在交通运输工程测量中的应用

1.1前期准备工作

1.1.1项目概况：此段交通运输工程地处山区，南、北皆与高速公路相连，全长约67公里，经度：113°，纬度：35°。此项目收集到万分之一地形图和国家D级控制点三个，点名分别为D005、D007、D001，坐标系为1980西安坐标系统，中央子午线为114°；高程为85高程基准，三点分布于路线起、中、终点，位置合适，同时对三点首先进行了联测，在二维约束过程中，以D005、D007为约束条件，D001为未知点进行约束平差，计算出D001坐标，二者差值为：x=1.1cm、y=4.46cm，从计算的结果可以看出已知点成果能够满足起算要求可作为线路起算点。根据项目设计要求，拟选择四个投影面进行交通运输控制测量。

1.1.2 确定控制网等级：鉴于此项目为高速公路，控制网等级要求高，但是收集到控制点为D 级，所以项目首级控制网等级确定为 E 级，加密控制网等级为一级。

1.2 踏勘埋设首级控制

1.2.1 路线踏勘：首先在万分之一地形图上进行点位布设，构思控制网网图，然后进行实地路线踏勘，再次修改不合适的点位。此高速公路经过平原、微丘区、重丘区、山岭重丘区，山岭重丘区最高处高程 1350米，山区植被茂盛，多有深沟和峭壁，因为高差大，所以路线在山岭重丘区设计成盘旋隧道。这为进行布设控制点造成极大困难。

1.2.2 首级控制点埋设：考虑沿线路有桥梁、隧道等构造物的测设需要，在大型构造物附近布设一对首级控制点；首级控制布设为E 级 GPS网，严格按照规范执行：点位不应选在大功率发射台和高压线附近，距离高压线不应小于 100米，距离大功率发射台不应小于400米；点位应该避开由于地面或其他目标发射所引起的多路径干扰的位置；高度角为15°的上方，应无妨碍通视的障碍物。沿线路附近 3-5 公里布设一对互相通视的GPS 点，用以控制线路的基本走向和范围，点位基础稳固，点位为现场浇灌，其规格现浇为：上端20*20cm、底部 35*35cm、高 70-80cm，标石中心放置直径为 14mm、长度为 30cm 的螺纹钢筋，钢筋中心刻一“十”字，钢筋露出标石顶部0.5-1cm，标石露出地面约1-2cm。首级控制点编号为 001、002……，前面冠以 GPS 命名，如：GPS001、GPS002……,并在其周围明显的地物上注明点名及指示方向，每个点均作点之记。

2 GPS 静态首级控制测量

2.1 技术指标GPS 控制网观测基本技术指标规定 《公路勘测规范 JTG C10--2007》：2.2 观测计划

2.2.1 进入观测区前，应事先编制 GPS 卫星可见性预报表。预报表应包括可见卫星号、卫星高度角、方位角、最佳观测时间、点位图形强度因子、概略位置坐标、预报历元、星历龄期等。

2.2.2 观测作业前，应根据接收机台数、GPS 图形、卫星可见性预报表编制观测计划。在实施中，应该照实际情况，及时做出调整。

2.2.3 观测作业后，应及时绘制联测草图以备后续作业调度使用。

2.2.4 控制网采用边连接模式。

2.3 作业要求

2.3.1 观测组必须执行调度计划，按规定的时间进行同步观测作业。

2.3.2 观测人员必须按照 GPS 接收机操作手册的规定进行同步观测作业。

2.3.3 天线安置在脚架上直接对中整平时，对中精度为 1mm。

2.3.4 天线安置在标上时，应将标志中心投影至基板上，然后在基板上对中整平。如顶部对信号有干扰，则应卸去。

2.3.5每时段观测应在测前、测后分别量取天线高。两次天线高之差应不大于3mm,并取平均值作为天线高。

2.3.6观测时应防止人员或其他物体触动天线或挡住信号。

2.3.7接收机开始记录数据后，应随时注意卫星信号和信息存储情况。当接收或存储出现异常时，应随时进行调整，必要时应及时通知其他接收机以调整观测计划。

2.4平差处理GPS网

平差是在随机后处理软件上进行的，平差前对所有的数据按规程要求进行检核，对存在问题的基线进行处理或补测，在各项限差均满足规范要求后进行三维无约束平差，在此基础上进行二维约束平差，生成平差报告，最后对平差报告进行必要的技术分析，确保成果的可靠性。

2.5 GPS 加密控制测量

加密控制测量即对首级控制点进行加密，便于设计阶段放线与施工放线，其方法与首级控制点大同小异，在这里不做介绍。

3 投影面问题

由于此高速公路项目施测工期短，业主要求进度等问题，在控制测量开始时没有对投影面进行选择，致使存在投影变形。投影变形误差分高程投影变形和高斯投影变形，根据高程投影变形公式和高斯投影变形公式得出投影变形误差公式3-1

Hm：为置镜点与测点平均高程（m）;Ym：为置镜点与测点距中央子午线平均距离（km）；S:放线时为根据逐桩坐标表反算的距离，加密控制桩计算坐标时为实测距离(m)。

上为理论公式，为了简化施工计算工作，我们把某项目Ym定为一个或几个常数。例：

此高速公路Y=470200m 即 Ym=29.8km, 由逐桩坐标表反算距离 S=456.123m，架站与镜站点平均高程 Hm=610m，解公式（3-1）

即：放线实际距离=456.123+0.039=456.162m

例：实测边长S=456.123m，架站与镜站点平均高程 Hm=610m，解公式（3-1）

即:加密控制点计算坐标时，调整后边长=456.123-0.039=456.084 m

4 结语:本文主要探讨了在公路勘测设计中，带状地形图的测量技术及编绘技术。随着科学技术的发展，GPS定位技术的广泛应用于公路勘测设计，使勘测工作者摆脱繁重的外业工作，加快了作业进度，提高了测量精度，是公路勘测的现代化手段之一。本文分析了 GPS技术在交通运输工程测量中应用中的显著特点；概述了GPS全球定位系统在公路测量中的应用；同时探讨总结了RTK 技术用于现代公路勘测设计的带状地形图测绘。

参考文献

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS 测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2001.

[2]刘晓峰.GPS 定位技术应用在公路控制测量[D].大连:大连理工大学，2002.