GPS在公路勘測控制中的應(yīng)用

章玉泉

摘要：GPS具有精度高、操作簡單等特點，被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中。本文首先闡述了GPS的原理、組成與特點，然后對GPS在渝習(xí)高速公路平面控制測量與高程控制測量中的實際應(yīng)用進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，GPS在公路勘測控制中具有良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：GPS；公路勘測；平面控制；高程控制

前言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)步伐的不斷加快，公路工程的勘測與建設(shè)工作也日益迅速。公路勘測工作主要包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩部分。外業(yè)部分與內(nèi)業(yè)部分均需得到測繪新技術(shù)、新方法的支持，并對測繪技術(shù)的要求不斷提高。GPS定位技術(shù)經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，在工程測量方面具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，其自動化程度高、定位精度高，使得其使用范圍得到不斷拓展。

1 GPS

1.1 GPS原理

GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)是由美國研制，結(jié)合通訊、衛(wèi)星技術(shù)與計算機技術(shù)發(fā)展起來的，利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行實時的測時與測距的測繪方法。GPS全球定位技術(shù)在工程建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，被廣泛應(yīng)用于工程中的各個部分，具有良好的經(jīng)濟與社會價值。

1.2 GPS組成系統(tǒng)

GPS全球定位系統(tǒng)由三部分組成，分別是地面監(jiān)控、空間衛(wèi)星與用戶設(shè)備。

（1）GPS地面監(jiān)控由主控站、注入站和監(jiān)測站組成。主控站協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)，通過將信息編入導(dǎo)航電文或編制定位參數(shù)傳送到注入站，最終傳送給GPS用戶。監(jiān)測站負(fù)責(zé)接收導(dǎo)航電文信息，并經(jīng)處理、存儲，傳送到主控站。注入站是向GPS衛(wèi)星發(fā)送各項控制指令。

（2）空間衛(wèi)星部分由多顆GPS工作衛(wèi)星和備用衛(wèi)星組成，保證地球任意地方、任意時刻均可獲得較好的GPS信號。

（3）用戶接收設(shè)備主要是用于獲取導(dǎo)航、定位信息。

1.3 GPS特點

GPS全球定位系統(tǒng)是以高精度的原子鐘為核心，以“高軌、高頻、多星”為體制，因此可靠性高、精度高，主要的技術(shù)特點包括：①具有高精度的定位系統(tǒng)，精度可達(dá)毫米級；②對地形條件要求小，觀測站點間不需要通視條件；③能同時精確測量平面位置與高程，提供形象的三維坐標(biāo)資料；④觀測時間少，大大提高觀測效率；⑤不受天氣影響，全天候作業(yè)程度高。

2 GPS在公路勘測中的應(yīng)用

2.1 工程概況

渝習(xí)高速公路是重慶打通西南出海大通道的重要組成部分，也是暢通北京—磨憨—東盟老撾高速公路的重要組成部分。工區(qū)地形南高北低，最低海拔178米；最高海拔1709米，平均海拔210米。屬北半球亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，平均氣溫18.4℃，年降雨量1030.7毫米。

2.2 定位方式

根據(jù)參考點的位置不同，GPS定位系統(tǒng)的定位方式包括絕對定位、相對定位、靜態(tài)定位和動態(tài)定位。其中動態(tài)定位又分為實時差分動態(tài)定位、單點動態(tài)定位和后處理差分動態(tài)定位，在本項目中，采用技術(shù)比較成熟的靜態(tài)定位方法。

2.3 GPS在公路平面控制測量中的應(yīng)用

2.3.1 獨立坐標(biāo)系的建立

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系和重慶江津至貴州習(xí)水高速公路獨立坐標(biāo)系統(tǒng)（以下簡稱“獨立坐標(biāo)系”）。

獨立坐標(biāo)系統(tǒng)為與1980西安坐標(biāo)系有關(guān)聯(lián)的獨立坐標(biāo)系，采用IAG75橢球。為了保證一般路線投影長度變形值不大于2.5cm/km，大型構(gòu)造物投影長度變形值不大于1cm/km，該工程采用兩個兩個抵償投影高程面。

2.3.2 平面控制測量

（1）選點與埋石

三、四等GPS網(wǎng)的選點與埋石是根據(jù)甲方提供的范圍和結(jié)合本測區(qū)的實際情況進(jìn)行的，以兩個III等國家控制點為起算點，全線沿線路每隔5公里左右布設(shè)一對四等GPS點，共布設(shè)了由36個四等GPS點組成的一個四等GPS網(wǎng)控制整條線路、7個三等GPS點；四等GPS網(wǎng)與渝合高速公路聯(lián)測了JH58、JH62、JH63、JH65 四個點。

（2）野外數(shù)據(jù)采集

采用4臺Trimble 5700型、4臺Topcon HIPERGB雙頻接收機，按邊連式推進(jìn)方式構(gòu)網(wǎng)，進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，接收機標(biāo)稱精度為±（5mm+1ppm.D）。

（3）環(huán)閉合差檢查

由282條合格基線共組成171個同步環(huán)，計算后平面最大同步環(huán)閉合差相對誤差為4.398ppm，滿足《公路勘測規(guī)范》要求。

（4）四等GPS網(wǎng)的基線向量平差

四等GPS網(wǎng)空間向量網(wǎng)在WGS-84坐標(biāo)系下的三維無約束平差，平差結(jié)束后，無約束平差基線矢量水平精度最差為0.062m，相對誤差最差為0.58ppm，滿足《公路勘測規(guī)范》的要求。

2.4 GPS在公路高程控制測量中的應(yīng)用

2.4.1 高程系統(tǒng)選擇

高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。

2.4.2 高程控制測量

（1）布設(shè)方案

按照三等精度觀測三等附合水準(zhǔn)線路，水準(zhǔn)線路沿設(shè)計公路方向平均5Km左右連測一個GPS點，導(dǎo)線點采用三角高程和GPS擬合的方式。

（2）觀測

根據(jù)水準(zhǔn)路線（平面點的埋石情況）的布設(shè)情況選擇觀測區(qū)段，以區(qū)段進(jìn)行觀測。

（3）平差

四等GPS最弱邊相對中誤差為1/57276，最弱點點位中誤差為1.49cm；

一級導(dǎo)線最大點位誤差為1.8cm、最大點間誤差為1.0cm，最大邊長比例誤差為1/22622；

三等水準(zhǔn)最弱點高程中誤差為13.9 mm小于規(guī)范要求25mm；

四等三角高程最弱點高程中誤差為8.22 mm小于規(guī)范要求25mm。

3 結(jié)論

隨著公路建設(shè)步伐的不斷推進(jìn)，對測繪技術(shù)的要求也越來越高。本文從GPS的基本原理、組成出發(fā)，分析了GPS全球定位技術(shù)的特點。通過在渝習(xí)高速公路實踐，GPS在平面控制測量和高程控制測量中具有精度高、可靠性強的特點，取得了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

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