探討G PS技術(shù)在高速公路測量中的應(yīng)用

陳凱

江蘇連云港地質(zhì)工程勘察院 江蘇 連云港222023

摘要：：結(jié)合 GPS 測量的特點(diǎn)， 較為詳細(xì)的探討了GPS 靜態(tài)相對定位和 RTK（實(shí)時(shí)動態(tài)定位）技術(shù)在高速公路測量中的應(yīng)用， 并通過實(shí)例證明 GPS 用于高速公路測量是完全可行的， 它在很大程度上可以提高測量的工作效率并節(jié)省費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：高速公路；工程測量；GPS技術(shù)；應(yīng)用發(fā)展

0.前言

隨著公路設(shè)計(jì)行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展， 公路設(shè)計(jì)已面向數(shù)字化， 有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持；建立勘測、設(shè)計(jì)、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈， 減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄， 輸入等中間環(huán)節(jié)， 是公路勘測設(shè)計(jì)， 內(nèi)外業(yè)一體化的要求， 也是影響高等級公路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。在目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備， 但常規(guī)測量方法受通視和作業(yè)條件的限制， 作業(yè)強(qiáng)度大， 且效率低， 大大延長了設(shè)計(jì)周期。

1.高速公路施工中測量的重要性

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，高速公路施工質(zhì)量的要求越來越高，高速公路工程施工測量的作用越來越重要，在高速公路施工形勢日益復(fù)雜的背景下施工測量顯得越來越重要，高速公路施工測量是設(shè)計(jì)施工中的重要環(huán)節(jié)，是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.高速公路測量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

2.1 GPS技術(shù)在高速公路測量領(lǐng)域中的應(yīng)用有巨大優(yōu)勢.

隨著高速公路建設(shè)逐步向西部及山區(qū)延伸，在一些地形復(fù)雜困難的地區(qū)，常規(guī)測量要考慮各個(gè)測量點(diǎn)之間要全部相互通視，而利用GPS技術(shù)就可以在不全部通視的條件下完成各種測量工作。各測量點(diǎn)的選擇受到的限制也將變得越來越少，很多常規(guī)測量工作不能完成的測量任務(wù)利用GPS技術(shù)就可以輕松搞定，這給設(shè)計(jì)方案的選擇提供了很大幫助。GPS測量技術(shù)具有觀測時(shí)間短定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，人員少且完成的工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)測量組，從而節(jié)約了資源還提高了效率。運(yùn)用此技術(shù)進(jìn)行施工圖放樣不僅能夠放樣出點(diǎn)位的平面位置，同時(shí)還能夠觀測到放樣點(diǎn)的高程，這樣就把常規(guī)測量條件下中線、中平兩次定位的工作一次性完成了。通過應(yīng)用和實(shí)踐可以看出隨著GPS技術(shù)在高速公路項(xiàng)目中的不斷應(yīng)用，其巨大的優(yōu)勢正逐步顯現(xiàn)出來。

2.2 GPS控制測量

GPS控制測量工作與經(jīng)典大地測量工作相類似按其性質(zhì)可分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大部分其中：外業(yè)工作主要包括選點(diǎn)、建標(biāo)、野外觀測作業(yè)以及成果質(zhì)量檢核等；內(nèi)業(yè)工作主要包括GPS測量的技術(shù)設(shè)計(jì)、測后數(shù)據(jù)處理以及技術(shù)總結(jié)等。如果按照GPS測量實(shí)施的工作程序則大體可分為這樣幾個(gè)階段：技術(shù)設(shè)計(jì)；選點(diǎn)與建標(biāo)；外業(yè)觀測；數(shù)據(jù)處理；成果檢核與處理。雖然GPS控制測量與經(jīng)典大地測量各項(xiàng)工作相似，但是GPS的靈活選點(diǎn)、建標(biāo)及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、成果精度都是經(jīng)典大地測量無法比擬的。首先是選點(diǎn)上，GPS不需要考慮點(diǎn)與點(diǎn)之間全部通視的問題，從而使選點(diǎn)建標(biāo)工作更加靈活。其次是外業(yè)觀測，經(jīng)典大地測量既耗費(fèi)人力，勞動強(qiáng)度大，工作效率低。而GPS測量儀器架設(shè)簡單自動記錄，既輕松又工作效率高。最后是數(shù)據(jù)處理，GPS下載好數(shù)據(jù)利用配套數(shù)據(jù)處理軟件，自動計(jì)算平差、導(dǎo)出平差報(bào)告，步驟簡單快捷，不易出錯(cuò)。

2.3應(yīng)用在大比例地形圖的繪制

高速公路選線多是在大比例尺帶狀地形圖上進(jìn)行，用傳統(tǒng)方法測圖工作量大，人員配置多而且速度慢，而使用GPS RTK測量，構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)、高程并輸入其屬性信息，在室內(nèi)即可由繪圖軟件根據(jù)其屬性信息繪制成圖，且采集速度快，需要人員少，從而大大降低測圖的難度，既省時(shí)省力又節(jié)約成本。

2.4進(jìn)行高速公路施工圖以及邊線的放樣

當(dāng)設(shè)計(jì)單位在完成了公路線位設(shè)計(jì)后，接下來的就是由測量人員進(jìn)行施工圖放樣和邊線放樣，其基本作業(yè)方法是：首先架設(shè)基準(zhǔn)站并連接發(fā)射電臺與移動站，基準(zhǔn)站和移動站信號自動鏈接后，利用布設(shè)的控制點(diǎn)對移動站進(jìn)行校正，然后將預(yù)先輸入到手薄里邊的路線曲線要素或點(diǎn)位坐標(biāo)調(diào)出，就可以進(jìn)行任意樁號的放樣了。當(dāng)手薄屏幕顯示的設(shè)計(jì)點(diǎn)位與桿位重合時(shí)，在桿位處打樁寫號即完成一個(gè)點(diǎn)的放樣工作，每個(gè)點(diǎn)的放樣后就可直接測得其高程，每個(gè)點(diǎn)都是獨(dú)立完成的，不產(chǎn)生累計(jì)誤差。

2.5快速進(jìn)行高速公路橫斷面測量

高速公路中線確定后，為了計(jì)算路基填挖方量就要測定公路橫斷面，用常規(guī)的測量儀器測量時(shí)很難準(zhǔn)確的確定某個(gè)樁號的橫斷面，尤其在彎道路段時(shí)更是不容易觀察，用GPS RTK測量橫斷面時(shí)在手薄屏幕會自動生成該樁點(diǎn)的橫斷面線，我們只要按照屏幕顯示的線移動測點(diǎn)即可，其測點(diǎn)之快是常規(guī)測量方法所不能達(dá)到。同時(shí)與傳統(tǒng)的測量法相比較，GPS RTK測量在精度、速度等各方面都具有很明顯的優(yōu)勢。

3.GPS測量技術(shù)的特點(diǎn)

GPS測量技術(shù)具有定位精度高、觀測時(shí)間短、操作方便、全天候作業(yè)、作業(yè)效率高等特點(diǎn)，在測量領(lǐng)域采用GPS測量技術(shù)，具有許多的優(yōu)勢，首先在測量站間不需要考慮通視條件，因?yàn)樵跍y量領(lǐng)域中測站間通視條件是首要考慮的問題，采用了GPS測量技術(shù)則比較方便，只要GPS系統(tǒng)能夠接收到4顆以上的衛(wèi)星信號，就能獲得理想的測量結(jié)果，GPS測量技術(shù)能夠觀測無遮擋物下任何環(huán)境，尤其不需考慮時(shí)間、天氣等因素，可以連續(xù)開展工作，保持全天候作業(yè)。GPS測量技術(shù)可以直接獲得待測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即測量平面位置時(shí)，能夠確定測量目標(biāo)的地面高程，且定位精度高無累積誤差。在距離測量方面GPS測量精度與紅外測距儀一樣，但GPS操作更簡單方便，在測量距離較遠(yuǎn)時(shí)，仍能保證測量結(jié)果的高精度。由于GPS測量技術(shù)本身具有較高的自動化操作功能，能夠自動、連續(xù)性接收衛(wèi)星信號，隨著科技水平的提高，GPS接收機(jī)自動化水平更高，設(shè)備越來越小，功能越來越強(qiáng)大，使用方便，操作簡單智能。在開展外業(yè)測量工作時(shí)，測量人員只需要將GPS接收機(jī)天線對中、整平，開啟設(shè)備電源開關(guān)，就能獲得大量的觀測數(shù)據(jù)，配套的數(shù)據(jù)處理軟件能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，計(jì)算出測量目標(biāo)的三維坐標(biāo)，為后續(xù)的測量工作打下基礎(chǔ)。

4.G PS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 GPS點(diǎn)之間不需要相互通視

對GPS網(wǎng)的幾何圖形也沒有嚴(yán)格要求.因此選擇GPS點(diǎn)位時(shí)非常靈活、方便，GPS測量的應(yīng)用解決了測量學(xué)上測站點(diǎn)之間必須相互通視的一個(gè)難題.

4.2定位精度高

采用載波相位進(jìn)行相對定位精度可達(dá)1ppm

4.3工作效率高

GPS測量時(shí)觀測時(shí)間短，采用靜態(tài)定位完成一條基線的相對定位所需觀測時(shí)間，根據(jù)要求的精度不同一般約為1-3h，如果采用快速靜態(tài)相對定位技術(shù)觀測時(shí)間可縮短至數(shù)分鐘。用RTK技術(shù)放樣每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1-2s.流動站小組作業(yè).每小時(shí)（2人）可完成中線測量5-10km若用其進(jìn)行地形測量每小組每天可以完成0.8-1.5km2的地形圖測繪.其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。

4.4自動化程度高

用GPS測量操作非常簡便、自動化程度非常高測量員在觀測中只要把接收機(jī)安裝好量取天線高度、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)、采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù).開機(jī)后儀器便可自動進(jìn)行觀測、記錄等一系列測量工作.使用GPS進(jìn)行測量非常方便。

4.5功能齊全

GPS測量可同時(shí)測定測點(diǎn)的平面位置和高程，采用RTK技術(shù)可進(jìn)行施工放樣。

4.6全天候、全球性作業(yè)

由于GPS衛(wèi)星有24顆且分布合理.在地球上任何地點(diǎn).任何時(shí)刻均可連續(xù)同步觀測到4顆以上衛(wèi)星.因此在任何地點(diǎn)任何時(shí)間均可進(jìn)行GPS測量，GPS測量一般不受天氣狀況的影響。

4.7應(yīng)用范圍廣

可以包括公路測量、控制測量、施工放樣、竣工測量、養(yǎng)護(hù)測量、GPS前端數(shù)據(jù)采集等諸多領(lǐng)域。

5.GPS在高速公路測量中的發(fā)展

在高速公路工程控制測量中GPS測量技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。近幾年來，我國高速公路建設(shè)取得了不錯(cuò)的成績，這與路線勘測有著密切的關(guān)聯(lián)，由于國內(nèi)高速公路建設(shè)具有規(guī)模大、施工周期長的特點(diǎn)，通過了解線路情況便于合理設(shè)計(jì)高速公路工程施工圖，在高速公路工程控制測量中使用GPS技術(shù)，能夠解決布網(wǎng)困難、精度要求高的問題，二十一世紀(jì)以來，我國大部分公路工程部門采用GPS技術(shù)進(jìn)行公路控制測量，在實(shí)際測量工作中GPS技術(shù)發(fā)揮出重要的作用。我國在高速公路建設(shè)中采用GPS技術(shù)逐漸建立了線路首級高精度控制網(wǎng)，現(xiàn)已在青銀高速公路、廣惠高速公路、滬寧高速公路等公路控制測量中取得了不錯(cuò)的成績。由于GPS技術(shù)具有精度高、觀測時(shí)間短、操作方便、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代化公路控制測量中得到廣泛的應(yīng)用，隨著對GPS技術(shù)研究的深入，在高速公路工程控制測量中的應(yīng)用范圍也越來越廣，為高速公路工程控制測量提供更好的技術(shù)支持，推動高速公路工程控制測量的發(fā)展

6.結(jié)束語

高速公路測量工作是施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS技術(shù)近年來發(fā)展迅速，具有特殊的意義它的全能性的導(dǎo)航、定位、監(jiān)測的優(yōu)勢會在公路工程中廣泛推廣和使用，隨著我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展更高級別的公路不斷修建延伸，GPS所構(gòu)成的全國性的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)會更加完善和成熟，我國公路工程的建設(shè)將會更先進(jìn)，高速公路交通管理會更加有序及時(shí)，道路會更加暢通。