GPS在道路工程測量中的應用

王國舉

1 概述

隨著城市建設的不斷發(fā)展,城市的交通路網(wǎng)也隨之不斷完善,道路工程的勘測階段和施工階段的測量工作越來越復雜,工作量越來越大。在城市建設中由于房屋建筑影響通視,常規(guī)的測量方式已經(jīng)無法滿足快節(jié)奏的測量需求,GPS技術的出現(xiàn)很好的解決了這一問題。

2 GPS技術原理

2.1 GPS系統(tǒng)的組成

GPS系統(tǒng)由空間部分、控制部分、用戶部分三部分組成?？臻g部分為距地面約12 000 mi的衛(wèi)星,衛(wèi)星上配備了時鐘和無線電設備,這些衛(wèi)星播發(fā)數(shù)據(jù)信息(星歷、歷書、時間、頻率的改正等)?？刂撇糠址植荚诘厍虻牡孛?監(jiān)控衛(wèi)星并向衛(wèi)星上傳數(shù)據(jù),以確保衛(wèi)星正常的發(fā)送數(shù)據(jù)。用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成,其作用是接受GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號并利用信號進行導航定位等。

2.2 GPS技術原理及特點

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù),采用空間距離后方交會的方法,確定待測點的位置。

相對于常規(guī)的測量方式,GPS測量技術具有:測站之間無需通視;定位精度高;觀測時間短;提供三維坐標;操作簡便,全天候作業(yè)等特點。

3 GPS在實際測量中的應用(以TOPC ON G PS系列為例)

3.1 準備工作

準備工作主要包括GPS+設置、已知點數(shù)據(jù)的輸入等,這些都可在室內完成。

1)運行TOPSURV軟件。手簿開機后啟動TOPSURV軟件。2)新建作業(yè):新建作業(yè)輸入作業(yè)名稱、生成者、注釋等。3)選擇GPS測量參數(shù)集:在測量之前,必須選擇正確的參數(shù)集,每個GPS+設置都是一個工作條件的參數(shù)集。這些參數(shù)與測量使用的儀器有關,可以根據(jù)使用的儀器型號設置,今后的作業(yè)中只需選擇設置好的參數(shù)集即可。4)其他設置:其他設置包括:坐標系統(tǒng)設置、單位設置、顯示格式設置、儀器報警設置等。5)輸入已知數(shù)據(jù):在編輯作業(yè)/點界面下,設置坐標類型為“地面”,輸入已知點名及相應的地方坐標。如果增加的點作為控制點,將“控制點”框打勾。

如果已知點具有精確的 WGS84坐標,設置坐標類型為“WGS84(維度/精度/橢球高)”,輸入已知點名及相應的地方坐標。

3.2 外業(yè)測量

3.2.1 作業(yè)步驟

假設測區(qū)內有C01,C02,C03三點具有地方坐標,但不具有WGS84坐標,以基準站架設在未知點為例。1)在測區(qū)中央選擇一個有一定高度且視野開闊的未知點,并將基站接收機架設在上面,對中整平,量取天線高。2)接收機、手簿都開機,將手簿連到基準站接收機上,運行TOPSURV軟件,并新建作業(yè),選擇正確的RTK參數(shù)集。3)進入【設置GPS/坐標系統(tǒng)】菜單項,輸入點名(假設為 BASE)、天線高及測量方式,查看衛(wèi)星數(shù),如果超過4顆,點擊【自動定位】。此時“WGS84(m)”框內顯示基準站與點的WGS84大地經(jīng)緯度與大地高,并不斷變化,同時【自動定位】按鈕變?yōu)椤就Ｖ埂俊Ｓ^測至少 60 s后,點擊【停止】,設置基準站成功。4)將流動站接收機安裝到2 m對中桿上,架設在C01上。接收機開機將手簿連到流動站,進入已建好的作業(yè)中,并進入“測量/點測量”。5)輸入點名(建議為C01-84,以與作為地方點輸入的C01區(qū)別),輸入天線高,選擇“垂高”測高方式。當解的類型顯示為“Fixed”時,且指示位置精度符合要求,點擊【采用】,完成點測量,采集得到C01-84。6)同理,流動站先后架設在C02,C03上,進行點測量,采集得到C02-84,C03-84。

3.2.2 地方坐標轉換

當三個控制點都作為轉換點增加完成后,進行參數(shù)轉換,注意高程及平面殘差一般不應超過2 cm。

坐標轉換完成后,【配置/坐標系統(tǒng)】在“投影”一欄,將不再顯示為“無”,而顯示為“坐標轉換”。

3.3 點測量、點放樣

3.3.1 點測量

流動站接收機安裝到2 m對中桿上,架設在待測點上。接收機開機將手簿連到流動站,進入已建好的作業(yè)中,并進入“測量/點測量”。

輸入點名,輸入天線高,選擇“垂高”測高方式。當解的類型顯示為“Fixed”時,且指示位置精度符合要求,點擊【采用】完成點測量。

3.3.2 點放樣

進行點放樣,首先在“點放樣”界面中點擊點列表圖標進入“點”界面調入欲放樣的設計點,并輸入正確的天線高及測量方式,當解的類型顯示為“Fixed”時,且指示位置精度符合要求,點擊【儲存】保存放樣點。

3.3.3 道路放樣

道路放樣可以看作無數(shù)個點放樣組成,道路放樣前首先對道路數(shù)據(jù)進行編輯,輸入道路起點坐標樁號、終點坐標、轉折點、圓弧等,軟件將自動生成道路方向及樁號。設置放線樁號間距依次放樣線上各點,也可直接輸入樁號放樣特定的點。

3.4 方案比較

假設測區(qū)內有C01,C02,C03三點具有地方坐標,但不具有WGS84坐標,有兩種方案:一種為上述基準站架設在未知點測量;另一種為基準站架設在已知點,流動站分別在其他控制點上進行點測量。第一種方案中基準站可以架設在測區(qū)中央一定高度且視野開闊的理想點位上?；炯艿脑礁?電臺信號的傳輸距離越遠,信號質量也越好;視野開闊保證能接收到更多且信號更好的衛(wèi)星;基站架設在測區(qū)中央能更好的覆蓋整個測區(qū),減少基站的架設次數(shù)。

4 結語

由于采用了GPS測量技術,常規(guī)測量預計需一周完成的工作量,在2 d內完成,大大縮短了前期勘測的時間。GPS測量技術在工程勘測和施工中的應用,大大提高了測量精度和測量效率。GPS測量技術已經(jīng)大規(guī)模應用于工程建設,以適應工程快節(jié)奏化的要求。

[1]李貴文.GPS在公路工程控制測量中的應用[J].山西建筑,2008,34(10):354-355.