GPS技術(shù)在公路平面控制測(cè)量中的應(yīng)用

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

1 GPS技術(shù)控制測(cè)量工作的原理

在GPS 技術(shù)應(yīng)用時(shí)，其控制測(cè)量的工作原理如下：首先，選擇精確度較高的靜態(tài)相對(duì)定位方式進(jìn)行測(cè)量控制，在GPS 網(wǎng)點(diǎn)中選點(diǎn)埋石，每隔固定的距離設(shè)置一個(gè)GPS 觀(guān)測(cè)點(diǎn)，比如在國(guó)家規(guī)定的GPS 網(wǎng)點(diǎn)上布置四等GPS 控制點(diǎn)32 個(gè)，要求選點(diǎn)時(shí)必須選擇在穩(wěn)定平坦的開(kāi)闊土地上，且應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源以及高壓輸電線(xiàn)，最好沒(méi)有大面積的水域，在選點(diǎn)后應(yīng)在坐標(biāo)系圖上標(biāo)定位置并繪制點(diǎn)。然后再在觀(guān)測(cè)站點(diǎn)上安裝GPS 接收機(jī)觀(guān)測(cè)衛(wèi)星信號(hào)，接收信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，確定基線(xiàn)兩側(cè)在坐標(biāo)系中的相對(duì)位置。此外，為了減少因觀(guān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置或相位測(cè)量誤差，可利用載波波長(zhǎng)、測(cè)量精確度高的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行載波相位觀(guān)測(cè)量。該應(yīng)用原理是因?yàn)? 個(gè)及以上的測(cè)站點(diǎn)在同一時(shí)間段內(nèi)可同步觀(guān)測(cè)相同衛(wèi)星信號(hào)，因此接收機(jī)的鐘差和衛(wèi)星誤差相差不大。

2 GPS技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

2.1 定位精確度較高

經(jīng)過(guò)多次項(xiàng)目測(cè)量實(shí)踐證明，GPS 控制測(cè)量的精確度較高，在基線(xiàn)上設(shè)置多個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位時(shí)，在800 km以上進(jìn)行定位測(cè)量精確度可達(dá)10-8，在100 km～500 km 內(nèi)進(jìn)行定位測(cè)量的精確度達(dá)10-6～10-7，在小于50km 內(nèi)進(jìn)行定位測(cè)量時(shí)精確度可以達(dá)到1～2×10-6。

2.2 測(cè)站之間不需要通視

GPS 控制測(cè)量時(shí)一般不要求在測(cè)站之間保持通視，只要將測(cè)站點(diǎn)設(shè)置在平坦開(kāi)闊的土地上即可，這樣不但方便測(cè)量，而且也減少了大量的造價(jià)費(fèi)用。因?yàn)椴灰笸ㄒ暎渣c(diǎn)位位置以及相互之間的距離只要根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置即可，距離和點(diǎn)位選擇比較靈活，省去了大量在觀(guān)測(cè)網(wǎng)中計(jì)算選點(diǎn)的工作，降低了工作難度，而且也能保證測(cè)量的精確度。

2.3 GPS數(shù)據(jù)處理結(jié)果能夠提供三維坐標(biāo)

在測(cè)量控制中應(yīng)用GPS 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后得到的結(jié)果可通過(guò)坐標(biāo)顯示，并將平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算，所得數(shù)據(jù)可以通過(guò)前后對(duì)比得到精確定位的測(cè)站點(diǎn)平面位置，另外還能獲得高程點(diǎn)位的三維坐標(biāo)。

2.4 GPS能夠全天候作業(yè)

利用GPS 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量控制，可以全天候工作，這是因?yàn)镚PS 設(shè)備的適應(yīng)性很強(qiáng)，在任何環(huán)境下都能進(jìn)行施測(cè)作業(yè)，即便是在惡劣環(huán)境下也能得到精確度的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且能在全球任意點(diǎn)位和任意的時(shí)間進(jìn)行持續(xù)性觀(guān)測(cè)。

2.5 GPS接收機(jī)輕巧，操作方便

GPS 接收機(jī)日益朝著小體積、低重量、便于攜帶和運(yùn)輸?shù)姆较虬l(fā)展，在采用GPS 進(jìn)行野外觀(guān)測(cè)控制時(shí)，測(cè)量人員只要在測(cè)站點(diǎn)上安裝接收機(jī)來(lái)接收衛(wèi)星信號(hào)即可，可實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤和捕捉、記錄、數(shù)據(jù)分析等，這些都是可以自動(dòng)化完成的，所以操作方便對(duì)于人工的要求較低，也省去了大量的人工費(fèi)用。

2.6 觀(guān)測(cè)時(shí)間較短

GPS 的硬軟件一直在不斷更新和完善，采用GPS 進(jìn)行控制測(cè)量，一方面可以保證測(cè)量的精確度，另一方面測(cè)量的時(shí)間較多，例如在20 km 的范圍內(nèi)進(jìn)行相對(duì)靜態(tài)定位的時(shí)間只需15 min～20 min，對(duì)于短距離測(cè)量一般只需要幾分鐘就能完成定位測(cè)量，并且采用靜態(tài)定位測(cè)量法可以完成一條基線(xiàn)的測(cè)量工作。

3 GPS技術(shù)在公路平面控制測(cè)量中的具體應(yīng)用

3.1 工程概況

某高速公路路線(xiàn)全長(zhǎng)為1 034 km，為東南至西北走向，沿線(xiàn)的東南地段地形比較平坦，西北地段上地形復(fù)雜，沿線(xiàn)大部分是山地丘陵，植被茂盛，測(cè)區(qū)通視困難，如果采用常規(guī)的測(cè)量控制方法將無(wú)法在緊張的工期內(nèi)完成，期間還會(huì)受到其他干擾因素的影響，最重要的是無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量精確度的要求，所以應(yīng)采用GPS 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量控制。

3.2 控制測(cè)量實(shí)施過(guò)程

3.2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

控制測(cè)量網(wǎng)的布置，首先必須根據(jù)甲方的要求以及GPS 的測(cè)量規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)，要求控制網(wǎng)有足夠的閉合環(huán)，即由獨(dú)立觀(guān)測(cè)邊構(gòu)成的閉合圖形，可提高圖形強(qiáng)度和平差檢驗(yàn)條件。其次，必須有一定數(shù)量的點(diǎn)位重合，便于從已知的觀(guān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)測(cè)算待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。即GPS 控制網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)和地面上的已指控制網(wǎng)點(diǎn)充分重合起來(lái)，使重合點(diǎn)能在控制網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)均勻分布。同時(shí)要求觀(guān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)重合，能夠?yàn)榈孛嫠疁?zhǔn)點(diǎn)的觀(guān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析提供參考依據(jù)。此外，在控制網(wǎng)布置時(shí)必須保證GPS 站點(diǎn)觀(guān)測(cè)有足夠開(kāi)闊的視野，避免受樹(shù)木等障礙物干擾，雖然GPS應(yīng)用適應(yīng)能力強(qiáng)，但是為了保證觀(guān)測(cè)的精確性，必須要求觀(guān)測(cè)站點(diǎn)在高度150°以上無(wú)其他障礙物。使用聯(lián)測(cè)法或在擴(kuò)展控制網(wǎng)時(shí)必須保證各個(gè)觀(guān)測(cè)站點(diǎn)之間的通視條件。為滿(mǎn)足實(shí)際工程對(duì)測(cè)量精確度的要求，為實(shí)際工程生產(chǎn)作業(yè)所用，必須根據(jù)甲方的要求滿(mǎn)足觀(guān)測(cè)精確度的要求。最后，關(guān)于GPS 平面控制網(wǎng)的精確度指標(biāo)還需結(jié)合工程實(shí)際精確度的需要以及所用儀器設(shè)備的特點(diǎn)、技術(shù)條件影響等，根據(jù)GPS 測(cè)量規(guī)范中關(guān)于相鄰點(diǎn)位之間距離的標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)確定。

3.2.2 GPS測(cè)量外業(yè)實(shí)施

在GPS 測(cè)量外業(yè)實(shí)施中，根據(jù)測(cè)量設(shè)計(jì)要求在測(cè)量區(qū)域內(nèi)布設(shè)GPS 觀(guān)測(cè)點(diǎn)、導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)等。為了避免電磁場(chǎng)等對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響，要求選擇的點(diǎn)位盡量遠(yuǎn)離大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源與高壓電線(xiàn)，選擇交通便利和視野開(kāi)闊的地方。最后選點(diǎn)結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際澆筑混凝土樁進(jìn)行標(biāo)記和記錄。在具體測(cè)量時(shí)，為了獲得精確的數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)比，先在已知GPS 觀(guān)測(cè)點(diǎn)上利用三角支架進(jìn)行觀(guān)測(cè)，平面觀(guān)測(cè)時(shí)，要滿(mǎn)足測(cè)量規(guī)范要求，然后使用相同方式對(duì)其他布置的觀(guān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取3 個(gè)差值不超過(guò)2 cm 的平面觀(guān)測(cè)結(jié)果作為該點(diǎn)觀(guān)測(cè)站點(diǎn)的平面坐標(biāo)觀(guān)測(cè)結(jié)果，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 施工控制點(diǎn)平面坐標(biāo)成果表

利用GPS 測(cè)量完成后，使用全站儀對(duì)施工控制點(diǎn)A1、A2、A3 進(jìn)行角度、邊長(zhǎng)檢核，檢核結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 施工控制點(diǎn)平面坐標(biāo)成果表

由表2 可知，角度較差為8″（限差為±20″），最弱邊相對(duì)中誤差為1/27767（限差為1/7000），精度良好，滿(mǎn)足“規(guī)范”要求。

在施測(cè)結(jié)束后，需要利用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件完成基線(xiàn)解算和網(wǎng)平差等數(shù)據(jù)處理，然后獲得GPS 控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并保證同步觀(guān)測(cè)精度、異步環(huán)觀(guān)測(cè)精度和復(fù)測(cè)基線(xiàn)觀(guān)測(cè)精度等精度指標(biāo)要符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 在利用GPS進(jìn)行公路平面控制測(cè)量時(shí)需要注意的事項(xiàng)

首先，必須保證所選擇的測(cè)量控制點(diǎn)應(yīng)在視野開(kāi)闊、土地平坦的地區(qū)。1）為了方便觀(guān)測(cè)。2）為了方便接收到衛(wèi)星信號(hào)且保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤，同時(shí)要考慮是否方便，保存數(shù)據(jù)。在具體測(cè)量控制時(shí)，要求觀(guān)測(cè)的時(shí)間間隔不能相差太遠(yuǎn)，也不能相差太近，否則，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不利影響，例如會(huì)降低測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性和完整性。此外，為了獲得更高精確度的數(shù)據(jù)，對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)接收時(shí)間段的選擇非常關(guān)鍵，同時(shí)對(duì)于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的收集、計(jì)算等也非常重要，在控制測(cè)量時(shí)要求將轉(zhuǎn)換參數(shù)控制在可控范圍內(nèi)，從而提高施工測(cè)量坐標(biāo)的測(cè)量精度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文對(duì)GPS 系統(tǒng)的構(gòu)成、測(cè)量控制應(yīng)用時(shí)的工作原理、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)等進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體公路測(cè)量工程，闡述GPS 技術(shù)在公路平面測(cè)量控制中的具體應(yīng)用，得出由于GPS 精確度高、觀(guān)測(cè)時(shí)間短、觀(guān)測(cè)站點(diǎn)之間無(wú)需通視等特點(diǎn)，在實(shí)際野外施測(cè)中可有效獲得精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，能為工程施工提供重要的數(shù)據(jù)參考。在實(shí)際公路平面控制測(cè)量過(guò)程中，GPS 技術(shù)的應(yīng)用可提高點(diǎn)位布設(shè)的靈活度，網(wǎng)形結(jié)構(gòu)也更加合理、成果更加精確可靠，測(cè)量結(jié)果的精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量方法，能滿(mǎn)足后期公路施工所需。此外，自動(dòng)化程度較高，能有效減輕測(cè)量工作量和工作強(qiáng)度，提高了工作效率，尤其在一些地形復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行測(cè)量，采用GPS 進(jìn)行控制測(cè)量可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。不過(guò)在實(shí)際測(cè)量控制中也要注意，為了便于測(cè)量，也為了使獲得的數(shù)據(jù)精確程度更高，必須保證有足夠開(kāi)闊的測(cè)量視野，且保證基礎(chǔ)設(shè)置平穩(wěn)，測(cè)試區(qū)域內(nèi)各個(gè)測(cè)站點(diǎn)之間的間隔不能相差太大，否則也會(huì)影響工程測(cè)量結(jié)果。