GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用分析

楊明

摘 要：公路項(xiàng)目規(guī)劃階段，GPS技術(shù)用于測量規(guī)劃具有實(shí)踐性意義。為了擺脫傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的不足，設(shè)定信息化控制模式是不可缺少的。目前，公路測量操作模式不科學(xué)，技術(shù)應(yīng)用不先進(jìn)等問題，導(dǎo)致測量操作體系失去了科學(xué)性。GPS技術(shù)是公路結(jié)構(gòu)分析的重要平臺(tái)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了資源數(shù)據(jù)的綜合利用，為公路分析及工程改造創(chuàng)造了有利條件。本文筆者根據(jù)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；公路測量；應(yīng)用

1 GPS技術(shù)概述

在應(yīng)用過程中，GPS的接收裝置能夠通過測量無線電的傳輸時(shí)間，確定傳輸距離從而確定位置。一般應(yīng)用于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的GPS包括兩個(gè)形式：一是全球化的高精度GPS網(wǎng)，主要是應(yīng)用科研。二是RTK定位和差分GPS定位，能夠應(yīng)用于地理測繪。其中RTK定位是一種利用載波相位觀測的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，能夠有效提高定位的精確性。而差分GPS定位是一種通過基準(zhǔn)站進(jìn)行分轉(zhuǎn)、修改、定位的定位方式。而在公路測量中，常規(guī)公路的測量方法是相對(duì)測定定位法。其應(yīng)用原理是采用載波相位測量局域差分法、接收機(jī)和衛(wèi)星觀測歷元之間求二次差兩種差分計(jì)算出基線長度。從算法模型角度來分，公路測量包括靜態(tài)作業(yè)模式、快速靜態(tài)作業(yè)模式以及PTK作業(yè)模式等。其中靜態(tài)作業(yè)模式適用于高精度的大壩、地殼等變形觀測中，同時(shí)還能夠用于建立公路首級(jí)控制網(wǎng)。快速靜態(tài)作業(yè)模式具有精度高、效率高的特點(diǎn)，其精度能夠達(dá)到厘米級(jí)，主要適用于公路工程測量。

2 GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用

2.1 靜態(tài)GPS測量技術(shù)

在公路測量中，應(yīng)用靜態(tài)GPS測量技術(shù)主要是利用GPS接收機(jī)進(jìn)行定位測量。在測量過程中會(huì)認(rèn)定GPS接收機(jī)天線的位置是靜止的。這樣在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，就會(huì)將接收機(jī)天線位置當(dāng)做一個(gè)定量，從而通過觀測衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)變化求解點(diǎn)坐標(biāo)。靜態(tài)GPS測量技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用有以下步驟：點(diǎn)選址的初步勘察、點(diǎn)控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)、選點(diǎn)和埋石、架設(shè)GPS觀測、數(shù)據(jù)的處理、控制網(wǎng)進(jìn)行加密以及導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)及平差計(jì)算。在接到測量任務(wù)后，工作人員應(yīng)當(dāng)先對(duì)公路的線路進(jìn)行勘察，并選擇點(diǎn)位置從而確定GPS點(diǎn)便于后期觀測；而后布設(shè)控制網(wǎng)。工作應(yīng)當(dāng)依據(jù)公路等級(jí)、沿線地形、精度要求等條件綜合設(shè)計(jì)控制網(wǎng)。由于GPS控制網(wǎng)作為公路首級(jí)控制網(wǎng)時(shí)需要進(jìn)行加密，因而可以在線路兩側(cè)預(yù)設(shè)一對(duì)相互通視的GPS點(diǎn)；接下來，工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇GPS點(diǎn)，盡可能確保選擇的GPS點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)測量方法的拓展；然后在架設(shè)GPS時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)有關(guān)要求，比如在外業(yè)的觀測中規(guī)定觀測時(shí)間不得少于0.5h，有效觀測衛(wèi)星數(shù)不少于4個(gè)，這樣才能保證觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性；得到觀測數(shù)據(jù)后，工作人員就可以利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。通常該過程中分為基線解算和檢驗(yàn)、GPS控制網(wǎng)平差計(jì)算兩個(gè)部分；之后就需要對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行加密?？梢岳萌緝x測量附和導(dǎo)線的方法達(dá)到加密的目的，其主要加密方法是先將GPS線路分成若干段，對(duì)每個(gè)獨(dú)立段進(jìn)行附和導(dǎo)線測量；最后進(jìn)行點(diǎn)坐標(biāo)和平差的計(jì)算。常見的計(jì)算方法包括邊長觀測法、平差結(jié)果直觀法、F檢驗(yàn)法和同名基線分析法。當(dāng)起算點(diǎn)較少時(shí)易選用平差結(jié)果直觀法。反之則選擇F檢驗(yàn)法。如果想得到最精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則應(yīng)選擇邊長觀測法。總之，測量人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的工程環(huán)境選擇合適的分析方法。

2.2 RTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)是一種載波相位差分技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)處理兩個(gè)測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。與其他定位技術(shù)相比，RTK技術(shù)的精度更高、自動(dòng)化程度也更高、數(shù)據(jù)處理簡便、易操作等優(yōu)點(diǎn)。通常RTK系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、移動(dòng)接收機(jī)三個(gè)部分。其主要工作原理是取精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后利用基準(zhǔn)站接收機(jī)對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，而后計(jì)算機(jī)軟件就會(huì)按照相應(yīng)的算法，計(jì)算出點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位方式能夠確保觀測者及時(shí)得到觀測結(jié)果，大大提高了公路測量工作效率。另外，RTK技術(shù)能夠引用在公路測量的各個(gè)工作環(huán)節(jié)中，比如勘測階段的中樁測量等工作中。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，RTK技術(shù)的測量精度可達(dá)到10～30mm，這是其它測量技術(shù)無法達(dá)到的。最重要的是將RTK技術(shù)應(yīng)用在公路測量中能夠有效縮短工作周期。相比于靜態(tài)定位技術(shù)，動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。在公路測量工作中，工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需求選擇合理的定位方法，從而保證公路測量工作的質(zhì)量。

2.3 控制網(wǎng)建立

根據(jù)公路測量標(biāo)準(zhǔn)：每0.5～1km間設(shè)一控制點(diǎn)，其等級(jí)依公路等級(jí)而定。同時(shí)要求高速公路的控制等級(jí)為一級(jí)小三角或一級(jí)導(dǎo)線。為此，在控制公路等級(jí)時(shí)應(yīng)當(dāng)保證首級(jí)控制網(wǎng)的等級(jí)在四等以上。同時(shí)，按照5～10km的距離頻段進(jìn)行公路首級(jí)控制網(wǎng)的控制，從而方便后期的控制加密?？刂凭W(wǎng)在公路測量中的應(yīng)用體現(xiàn)在五個(gè)方面：①當(dāng)進(jìn)行公路航測試時(shí)需要有控制依據(jù)，這樣才能夠控制航測的方向和行駛范圍。②如果采用選定一種定位方法后，再選擇其它方法測圖，則可以通過控制網(wǎng)的首級(jí)控制和圖根控制控制定位方法。③在公路測量的勘測階段，以GPS控制網(wǎng)為基礎(chǔ)能夠快速進(jìn)行放線，從而提高測量精度。④在施工階段，工作人員還可以根據(jù)工程需求對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行實(shí)地放線、構(gòu)造物放樣的控制，從而確保施工質(zhì)量。⑤在公路改造過程中，利用GPS控制網(wǎng)能夠得到有效的參數(shù)數(shù)據(jù)，保證公路改造的質(zhì)量。控制網(wǎng)是GPS技術(shù)在公路測量工作應(yīng)用必不可少的一部分。工作人員應(yīng)當(dāng)采取合理的措施提高控制網(wǎng)的精確度，使其真正助力于公路測量工作。

2.4 GPS技術(shù)在公路測量工作中的應(yīng)用前景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路行業(yè)的發(fā)展也越來越迅速。同時(shí)高等級(jí)、高質(zhì)量的公路數(shù)量和建設(shè)規(guī)模也在逐漸增大。這也給公路勘測工作提出了更高的要求?？茖W(xué)技術(shù)的完善使得公路勘測工作更加成熟、完善。比如硬件設(shè)備的產(chǎn)生、新興軟件的研發(fā)已經(jīng)大大提高了公路測量工作的準(zhǔn)確性和精度性。有些軟件還能夠應(yīng)用在勘測、設(shè)計(jì)、施工的公路工程全過程數(shù)據(jù)管理中。而GPS技術(shù)具有測量時(shí)間短、精確提供三維坐標(biāo)、適應(yīng)性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在公路測量工作中。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展形勢下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測量有困難，GPS高程測量無疑是一種有效的手段。GPS作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，不僅具有全球性全天候連續(xù)的精密三維導(dǎo)航與定位能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性。其定位技術(shù)的高度自動(dòng)化及其所達(dá)到的高精度和具有的潛力更是受到公路測量工作者的關(guān)注。相信隨著我國信息技術(shù)、智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，GPS在公路測量中的發(fā)展前景會(huì)更加廣闊。

3 結(jié)語

綜上所述，在公路測量中應(yīng)用GPS技術(shù)，既能保證公路測量的質(zhì)量，也能推動(dòng)我國公路測量行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。目前GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)得到了業(yè)界人士的認(rèn)可。加大GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用研究也是時(shí)代發(fā)展的必然。

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