GNSS技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用

程冬

摘要：針對(duì)GNSS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，總結(jié)了GNSS技術(shù)的原理和技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)分析了GNSS技術(shù)在道路檢測(cè)中的應(yīng)用及其影響。實(shí)踐證明，GNSS技術(shù)的應(yīng)用能有效提高公路測(cè)量效率，減少測(cè)量工作量，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：GNSS技術(shù);公路;測(cè)量;技術(shù)特點(diǎn)

1、引言

由于傳統(tǒng)的公路測(cè)量技術(shù)受環(huán)境影響，測(cè)量精度較低，難以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的測(cè)量需求。GNSS測(cè)得的基線精度較高，靜態(tài)相對(duì)定位精度大大優(yōu)化，達(dá)到了亞毫米級(jí)的精度，其動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位精度也有很大的提高，可精確到厘米，滿(mǎn)足地形道路測(cè)量的各種要求。將GNSS技術(shù)應(yīng)用到道路測(cè)量中，不僅可以提高整個(gè)測(cè)量效率，而且可以降低測(cè)量強(qiáng)度，降低測(cè)量成本，從而為道路測(cè)量技術(shù)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

2、GNSS技術(shù)簡(jiǎn)介

GNSS是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，主要是利用導(dǎo)航衛(wèi)星來(lái)發(fā)射信號(hào)，接收機(jī)可以直接獲取衛(wèi)生信號(hào)，可以進(jìn)行定位確定，為公路項(xiàng)目的施工提供有利的基礎(chǔ)。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，只要是應(yīng)用接收機(jī)就可以進(jìn)行施工，靜態(tài)控制測(cè)量工作的進(jìn)行需要使用3臺(tái)接收機(jī)同時(shí)工作，數(shù)量越多其工作越方便。該技術(shù)在應(yīng)用中，具備如下特點(diǎn)：

（1）測(cè)量的精度高。利用GNSS技術(shù)可以形成完善的測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)，可以獨(dú)立進(jìn)行基線矢量與站點(diǎn)同步測(cè)量衛(wèi)星，可以更好的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)平差，在應(yīng)用中并不會(huì)直接受到傳算數(shù)據(jù)的影響。如果設(shè)置中并未形成固定的自由網(wǎng)，可以更好的消除傳算誤差的影響，使得測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）觀測(cè)時(shí)間短。測(cè)量站的時(shí)間需要通過(guò)GNSS技術(shù)來(lái)控制，此時(shí)可以確定測(cè)量的時(shí)間在30min以上。

（3）操作簡(jiǎn)單方便。隨著技術(shù)的高速發(fā)展，GNSS技術(shù)中所應(yīng)用的接收機(jī)體積在逐步的縮小，操作也更加的方便快捷，技術(shù)水平較高，所以對(duì)于操作人員的素質(zhì)要求更高。在具體的測(cè)量過(guò)程中，只需要通過(guò)天線就能夠完成各項(xiàng)工作，然后進(jìn)行整平處理，并且要確定天線高度尺寸，最后要開(kāi)啟儀器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并且完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的有效分析和處理，從而可以準(zhǔn)確的獲取各個(gè)位置的三維坐標(biāo)參數(shù)，以保證測(cè)量工作的精確度。

（4）測(cè)量站之間無(wú)須通視。GNSS技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是保證在各個(gè)測(cè)量點(diǎn)不通視的情況下就能夠完成測(cè)量，可以更好的確定各個(gè)通視點(diǎn)，為了能夠提升信號(hào)接收的質(zhì)量，最好是將測(cè)量站點(diǎn)布置在視野開(kāi)闊的地區(qū)中，以保證數(shù)據(jù)精確度合格。

（5）全天候作業(yè)。GNSS技術(shù)的應(yīng)用不會(huì)受到時(shí)間的影響，夜晚也能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的觀測(cè)，可以大大提升施工速度和效率。

（6）提供三維坐標(biāo)。GNSS技術(shù)測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可以更好的確定各個(gè)測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)，然后確定高程數(shù)據(jù)。

（7）用GNSS技術(shù)的應(yīng)用并不會(huì)存在任何累積誤差問(wèn)題。

3、GNSS技術(shù)原理

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）是通過(guò)人造衛(wèi)星發(fā)送和接收空間地理信息，為全球提供全時(shí)段、高精度的地理坐標(biāo)、速度與時(shí)間信息服務(wù)的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。它利用衛(wèi)星之間的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間等信息進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和定位。該技術(shù)的工作原理是空間測(cè)距交會(huì)，以某一測(cè)量基準(zhǔn)站的一個(gè)固定坐標(biāo)為參考，采集4顆以上衛(wèi)星的三維空間坐標(biāo)作比對(duì)，得到基準(zhǔn)站與衛(wèi)星之間的差值，進(jìn)而計(jì)算確定高精度的測(cè)量基站空間信息，其測(cè)試結(jié)果能夠精確到毫米級(jí)，可有效提升測(cè)量質(zhì)量。在具體應(yīng)用階段，首先，以地面主控站為基點(diǎn)，采集范圍內(nèi)各監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)資料和氣象信息。然后，利用系統(tǒng)的內(nèi)設(shè)系統(tǒng)，記錄衛(wèi)星的星歷表和衛(wèi)星鐘改正數(shù)，隨后在GPS衛(wèi)星的輔助下，完成導(dǎo)航電文編制。最后，分析導(dǎo)航電文，推算出控制點(diǎn)的具體坐標(biāo)。

4、GNSS定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

GNSS技術(shù)是全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，它有著很多優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)量精度非常高：使用GNSS技術(shù)可以建立大地的控制網(wǎng)，在實(shí)行網(wǎng)平差時(shí)，基本上不會(huì)受到誤差影響，從而可以大幅度提升精度。觀測(cè)時(shí)間段：在對(duì)高速公路的觀測(cè)項(xiàng)目中，可以嚴(yán)格控制時(shí)間在30min以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足快速觀測(cè)的需要，操作起來(lái)非常方便。GNSS技術(shù)已經(jīng)非常成熟，接收機(jī)也變得越來(lái)越小而且智能化的程度也越來(lái)越高，觀測(cè)人員的技術(shù)水平已經(jīng)不再是瓶頸，在整個(gè)測(cè)量的過(guò)程中只需要將天線對(duì)中，然后整平，最后打開(kāi)儀器就可以自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)輸出觀測(cè)之后的三維坐標(biāo)。測(cè)量站之間無(wú)需通視：這一優(yōu)點(diǎn)可以更加方便靈活地選擇通試點(diǎn)。全天候作業(yè)：與人工觀測(cè)最大的不同就是GNSS不受時(shí)間的限制，可以全天候的工作，當(dāng)項(xiàng)目工期緊張時(shí)，會(huì)有很大的幫助。提供三維坐標(biāo)：GNSS技術(shù)獲取到的位置信息包括平面坐標(biāo)和高度信息。

5、GNSS技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用

5.1 GSP軟件處理過(guò)程

高速公路的測(cè)量，采用了GSP軟件先處理。在平面坐標(biāo)系中已知中心子午線和高程的情況下，可以利用GSP軟件按照類(lèi)似變換迭代，重建投影面坐標(biāo)系的中心子午線和高度。

5.2GSP參數(shù)準(zhǔn)備

啟用GSP軟件，創(chuàng)建或啟用GPS作業(yè)，在"已知參數(shù)"頁(yè)輸入測(cè)網(wǎng)中心經(jīng)度和投影面高程，調(diào)整參數(shù)根據(jù)WGS84坐標(biāo)和投影面高度。可根據(jù)已知高度選擇地面高度，并可選擇"三維基準(zhǔn)調(diào)整"。把轉(zhuǎn)換后的高斯面坐標(biāo)導(dǎo)入到坐標(biāo)選項(xiàng)卡的高斯座標(biāo)頁(yè)中，在重復(fù)測(cè)量比較頁(yè)中加載原始大地網(wǎng)坐標(biāo)，完成上述準(zhǔn)備工作。

5.3中央子午線經(jīng)度確定

（1）在"F Retest and Compare"頁(yè)，選擇"Transform First"，標(biāo)記偽穩(wěn)定點(diǎn)，然后點(diǎn)擊"Compare"按鈕進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。用再測(cè)坐標(biāo)與原坐標(biāo)進(jìn)行相似的變換，得到兩個(gè)坐標(biāo)系間旋轉(zhuǎn)縮放參數(shù)。在下面的信息欄上顯示選項(xiàng)。轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)可以認(rèn)為是由于中心子午線失配引起的子午線會(huì)聚角，縮放可視為由仰角投影面與高斯投影不匹配引起的尺度積分結(jié)果。

5.4投影面大地高確定

經(jīng)一次三維無(wú)限制調(diào)整后，再測(cè)量，原測(cè)量的比例參數(shù)為-132.9664mm，則dh=λ Rm=848m，修正高度為384m。那么dh=λ Rm=473m，修正高度在90m左右，再計(jì)算更換皮帶以獲得新的坐標(biāo)系統(tǒng)重新測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。再一次進(jìn)行相似的轉(zhuǎn)換。再次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)比較時(shí)，比例參數(shù)為0.451.8mm。經(jīng)3次迭代計(jì)算，得到的比例尺差近似于0，此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)投影高度為原網(wǎng)絡(luò)投影面的高度，地網(wǎng)原坐標(biāo)系為：中心經(jīng)108°，投影面高度為-90m。

5.5新坐標(biāo)系統(tǒng)與實(shí)測(cè)值比對(duì)

在GG高斯坐標(biāo)頁(yè)面，定義新坐標(biāo)系的經(jīng)度和投射面高程之后，將J4和J6的控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為G高斯坐標(biāo)頁(yè)上的已知交點(diǎn)坐標(biāo)，從而轉(zhuǎn)換J4和J6。與一個(gè)獨(dú)立的座標(biāo)相協(xié)調(diào)。根據(jù)這個(gè)限制點(diǎn)重新計(jì)算控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)置?？膳c設(shè)計(jì)者聯(lián)系，改變坐標(biāo)系參數(shù)，統(tǒng)一坐標(biāo)系測(cè)量與設(shè)計(jì)。文件和重做坐標(biāo)系的技術(shù)改進(jìn)。一般情況下，衛(wèi)星的開(kāi)始和結(jié)束視場(chǎng)的選擇最好和最穩(wěn)定的點(diǎn)都可以根據(jù)測(cè)量邊長(zhǎng)來(lái)確定，為其他控制點(diǎn)更改坐標(biāo)。

6、結(jié)語(yǔ)

GNSS測(cè)量技術(shù)智能應(yīng)用到工程路面測(cè)量中，既能提高測(cè)量效率，又能克服時(shí)空限制，擴(kuò)大測(cè)量范圍。應(yīng)用GNSS技術(shù)能有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，伴隨著科技的不斷發(fā)展，GNSS技術(shù)的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大，必將促進(jìn)公路勘探的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬潤(rùn)東.GNSS技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用[J].交通世界（中旬刊），2021（4）：64-65.

[2]劉永琦.GNSS技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用研究[J].科技視界，2020（13）：158-160.

[3]李樹(shù)權(quán)，王浩良.GNSS技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用[J].云南水力發(fā)電，2019，35（6）：16-19.