公路工程測量中GPS高程擬合技術(shù)的應(yīng)用研究

龍海潮

（湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410008）

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)日新月異，尤其是GPS測量技術(shù)的應(yīng)用，對我國公路測量技術(shù)的提升提供良好的便利。GPS高程擬合技術(shù)在公路工程測量中具有較大的優(yōu)勢，不僅對數(shù)據(jù)測量和收集的精度比較高，而且耗時較短，容易操作，并且能夠?qū)こ踢M(jìn)行靈活實時的監(jiān)測等，為公路工程測量作業(yè)效率的提升奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 GPS高程擬合技術(shù)概述

1）概念。GPS高程測量技術(shù)主要是在全球定位系統(tǒng)測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對地面點的大地高實施測量的技術(shù)，而且還可以對地面點的正常高進(jìn)行確定。這種方式的應(yīng)用原理是利用高程擬合技術(shù)把大地高和正常高實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的方式[1]。大地高與正常高的關(guān)系為：H=h+ξ式中，H為大地高；h為正常高；ξ為高程異常。

2）優(yōu)勢。（1）精準(zhǔn)度高。該種技術(shù)在公路工程測量中的應(yīng)用受外界因素如距離等影響較小，適合在地理條件較為復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用；（2）作業(yè)效率高。該種技術(shù)可以利用計算機技術(shù)、微電子技術(shù)等進(jìn)行自動化和智能化測量和控制，極大減少的對人工操作的依賴，還可以能夠?qū)κ占臄?shù)據(jù)進(jìn)行自動化記錄和預(yù)處理，強化運算精準(zhǔn)度，減少操作時間；（3）該種技術(shù)主要是利用衛(wèi)星信號的方式對測量對象的面積以及尺度等進(jìn)行感應(yīng)，利用不同測站點的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化的處理和分析[2]。因此利用這種技術(shù)對公路工程進(jìn)行測量，對不同測站沒有通視需求。

2 研究方法

1）聯(lián)合平差法。該種方式的應(yīng)用效果比較明顯，因此在對具體的應(yīng)用和操作的技術(shù)水平要求較高。其具體的應(yīng)用原理是利用不同種類的數(shù)據(jù)如水準(zhǔn)測量、重力測量等進(jìn)行運算[3]。這是一種系統(tǒng)性的平差模型，能夠在較大范圍內(nèi)對觀測的數(shù)據(jù)偏差進(jìn)行評價和估測。由于這種方式容易受到外界因素影響出現(xiàn)結(jié)果的誤差，因此需要大量的人工和物力，且部分測量數(shù)據(jù)的可靠性受到一定影響。

2）評差轉(zhuǎn)化法。該種方式主要是在坐標(biāo)高程點中進(jìn)行應(yīng)用，實現(xiàn)對整體模型三維坐標(biāo)上點的數(shù)據(jù)運算。主要應(yīng)用方式是應(yīng)用平移旋轉(zhuǎn)精度、密度和參數(shù)等構(gòu)建擬合關(guān)系，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)化公式進(jìn)行運算。

3）重力測量法。構(gòu)建重力場模型，主要是依托重力測量模式，實現(xiàn)對高程異常情況的運算。在地形較為復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行運用。由于重力場可以對地球內(nèi)部的密度分布進(jìn)行體現(xiàn)，所以在海洋學(xué)以及物理學(xué)中發(fā)揮重要作用。其優(yōu)勢是操作方便，運算精確。不足之處是不能夠在平坦地形中應(yīng)用。

4）數(shù)值逼近法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。該種方式主要是依托數(shù)學(xué)模型進(jìn)行應(yīng)用的，針對高程異常值進(jìn)行運算。在具體的應(yīng)用過程中，需要大量的關(guān)鍵點，并要掌握正常高度以及大地高度的具體數(shù)據(jù)，然后才能結(jié)合相關(guān)公式進(jìn)行運算，才能獲得高程異常值的具體數(shù)據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法主要是在非線性映射中進(jìn)行應(yīng)用，其轉(zhuǎn)化尤其小。

5）數(shù)字模型回歸的估計法。該種方法的主要應(yīng)用原理是利用最小二乘法進(jìn)行擬合函數(shù)運算，并利用數(shù)字模型抗差法消除其缺陷。這種技術(shù)是在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上應(yīng)用而來，在對平差檢驗過后，在對信息進(jìn)行有效的調(diào)整。一般情況下，如果觀測值非常小，可以將其直接去除。其缺陷是，受到外界因素的影響較大，測量結(jié)果準(zhǔn)確性容易受到影響。

3 應(yīng)用實踐

1）公路測設(shè)測量。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，GPS動態(tài)定位技術(shù)得到了極大的升級和創(chuàng)新，尤其是高程擬合的RTK定位技術(shù)的研究更加趨于完善，在各種行業(yè)和領(lǐng)域得到了極大的廣泛應(yīng)用。其中在公路工程測量和放樣作業(yè)中發(fā)揮了極大的優(yōu)勢和作用。其中該種技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢特點是：測量數(shù)據(jù)結(jié)果比較精準(zhǔn)，耗時短，測量時間比較靈活，此外利用這種技術(shù)進(jìn)行測量還可以獲得三維坐標(biāo)。一般情況下，使用GPS高程擬合技術(shù)主要是利用靜態(tài)方式，構(gòu)建完善的總體圖根級的控制網(wǎng)。并利用測量獲得的數(shù)據(jù)形成完整的帶狀地形圖，能夠?qū)β肪€的平面以及縱面等進(jìn)行精準(zhǔn)的測量等。

2）公路控制測量。在以往的測量技術(shù)應(yīng)用中，受到外界因素如距離、地形變化等的影響較大，影響其最終測量結(jié)果的精確性。GPS技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了這一難題。利用靜態(tài)相對定位GPS技術(shù)構(gòu)建完善的路線高精度控制網(wǎng)，能夠在較大程度上提升測量精準(zhǔn)度。當(dāng)下，該種技術(shù)主要是在山區(qū)等地形條件較為復(fù)雜的區(qū)域應(yīng)用較為廣泛。隨著技術(shù)水平的逐漸提升，在公路工程建設(shè)項目中也逐漸得到了科學(xué)的應(yīng)用，如在青銀高速公路、大廣高速公路等工程建設(shè)中，起到了極大的應(yīng)用。此外，利用GPS高程擬合技術(shù)，還能夠?qū)Σ贿B續(xù)貫通的復(fù)雜地形中進(jìn)行應(yīng)用，如密林、山區(qū)峽谷等項目建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛。

3）公路橋、隧變形監(jiān)測。由于該種技術(shù)的測量效果比較高，測量數(shù)據(jù)結(jié)果較為精準(zhǔn)，所以，逐漸在橋、隧等變形監(jiān)測工程中發(fā)揮了越來越重要的作用。當(dāng)前美國在此技術(shù)依托下，研發(fā)程了完善的路橋觀測系統(tǒng)，并且逐漸擴大了GPS高程擬合技術(shù)的應(yīng)用范圍。但是必須看到的是，雖然當(dāng)前我國已把該項技術(shù)在一定的行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，但是技術(shù)還不是很成熟，需要逐漸加大研發(fā)力度，在實踐應(yīng)用中積累更多的經(jīng)驗等，從容而促使其綜合技術(shù)水平的有效提升。

4 實例分析

表一是沅水某客運碼頭實測數(shù)據(jù)，表中YI398、YG180為GPS高程起算點。

表1

由上表數(shù)據(jù)可見，GPS擬合高程達(dá)到了較高的精度。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，GPS技術(shù)得到了更加廣泛的應(yīng)用和優(yōu)化，其技術(shù)水平逐漸提升，尤其是GPS高程擬合技術(shù)的的測量精度比較高，在地形較為復(fù)雜的區(qū)域比較適用，并且測量效率高，不容易受到外界因素的影響。因此在公路公程測量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提升GPS高程擬合技術(shù)在公路工程測量中的應(yīng)用深度和廣度，使其技術(shù)應(yīng)用日漸成熟，要逐漸加強對該項技術(shù)的深入研究，使其更加完善，滿足現(xiàn)代化社會發(fā)展建設(shè)的需求。