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探讨GPS技术在高速公路工程测量的应用
作者：时鹏钊
来源：《城市建设理论研究》2013年第09期
【摘要】全球定位系统（GPS）有着精确、高效的测量优势，本文针对它的优势特点、应用范围以及常见问题与解决方法进行阐述，并探讨了GPS在高速公路工程测量中发挥的作用。
【关键词】GPS；工程；测量；应用
中图分类号：[TU198+.2]文献标识码： A 文章编号： 1引言
随着社会经济的迅猛发展，交通量也呈逐年剧增，而且早期的高速公路已经完全不能满足实际需要，使得局部地区出现了交通饱和状态，所以建设高等级的高速公路是势在必行的，但公路等级的提高也代表着对公路的勘测、施工、设计、管理等方面的要求也越来越高。虽然我国在公路勘测中已经使用了电子全站仪等较为先进的仪器设备，但常规的测量方法又经常受作业条件、通视条件等各种因素的，使其作业强度大，效率低，事倍功半。而近些年随着GPS技术定位精度的快速提高，使其在导航、精密授时以及定位上都得到了利用，而且在工程测量与工程改扩建中的使用次数越来越多。我们知道，GPS技术不仅具有直观性、快捷性以及实时性，并且点位的误差不会出现累积，这就使得GPS技术在高速公路工程中得到了广泛地的应用。
2GPS测量概况
GPS我们也称其为全球定位系统，最早起源于美国，是美国在20世纪70年代起开始实行研制的。最近几年，我国GPS技术开始更加广泛地应用于高速公路工程中，并且引发了这一领域的新。GPS主要由空间卫星部分、地面的监控站部分以及用户的接收机这三大板块组合而成，利用GPS技术能够促使高速公路工程的测量从比较传统的手工式作业或者模拟测绘的模式向着一体化、自动化、信息化以及数字化的方向发展。GPS拥有高精度、全天候以及高效益等特点，因此，其对于工程的测绘来说具有重要的作用。 3GPS测量的特点 3.1 测量的精度高
一般情况下，双频的GPS接收机的基线解精度相对于红外仪更为优异，为5mm+1ppm。但总体来讲，GPS与红外仪的测量精度相差不大，但GPS的精度是随着测区面积增大而提高。其他的常规测量方法主要是依据控制网的分级布网逐级控制的原则，但该控制网却无法科
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学有效地控制住测量的误差。而通过使用GPS测量技术所建立起来的大地控制网，解算型基线矢量以及各站同步的观测卫星，在实行网平差时，基本上不会受到传算的误差影响。如果设置成没有固定点型的自由网，则可以更好地避免有可能产生的传算误差，进而提高测量的精度。
3.2 操作简单方便
GPS最大的一个特点就是高自动点，现在的GPS接收机越来越小，智能操作也越来越简单，这就无需严格要求观测人员的技术水平。测量过程中，仅需将天线进行对中，再整平，然后量取天线的高度，最后打开仪器电源即可以自动进行检测，对相关数据进行处理后，便可得出后测点的三维坐标。而类似于捕获卫星、跟踪观测等工作也是通过仪器自行完成。 3.3 观测时间短
测站的观测时间都是由GPS进行控制的，可将其控制在30min~40min之间，而采用快速静态定位法可以对缩减观测时间很有帮助。如通过Tmi ble4800GPS接收仪器的RTK可在5秒内便得到测点的三维数据。 3.4 全天候作业
GPS测量可以不受时间、地点连续性的进行测量，并且对地理与天气的环境也没有要求，是技术人员和测量单位选择使用GPS测量的主要原因之一。 3.5 测量站之间无须通视
测量学的一大难题便是测量站之间的一直互相通视，测量人员想在地形复杂的地区找到合适的通视点极为困难，而GPS的特点便是测量点之间的无须通视，可以更加灵活方便的选择通视点，为了保证信号的接受效果，最好选择地点宽阔的地方作为测量站点。 4GPS技术在高速公路工程测量的应用 4.1 公路三维数据的测量
高速公路的勘测阶段首先是要进行控制测量，它的任务是要根据路线的走向设施控制点，从而进行平面控制和高程控制测量，是为顶线测设、绘制路线图和施工放样打下基础。使用GPS定位技术，可替代传统的路线控制测量导线法，根据它的优点，在统一的坐标下经过内业的处理可以提供控制点的三维数据。 4.2 绘制比例较大的地形图
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高速公路多是选择大比例尺，在带状图上使用传统的测图方法进行测绘，首先要建立一个控制网，再进行碎部测量，制成大比例尺的地形图。但是这样的方法不仅速度慢、时间长还会有很大的工作量产生。而使用GPS实时动态测量，只需要输入它的属性信息和采集到的碎部点，在室内即可完成构成碎部点的数据绘图，这样的方法不仅使采集的速度加快，降低了测图的难度还节省了时间和人力。 4.3 公路中线的测设
设计人员需要将根据大比例尺的带状地形图定线，在公路的地面上标定出来，使用实时GPS测量法，只要将中线上的坐标逐点输入到GPS接收机内，便会定出相应的放样点位，因为点位的测量是完成的，所以各点的放样精度都趋于一致，不会出现累计的误差。 4.4 变形观测和施工测量
变形监测比一般工程的控制网高出一个数量级，可以到达毫米级的精度，实践证明，采用强制对中，并用长时间、分时段的进行观测，在长度4kin以内的基线上可达到2mm-3mm的精度，所以GPS可以完全应用于变形观测中。同时在施工中，实时GPS系统对点、面、线及坡度等放样也很方便和快捷，可以达到厘米级的精度，是一种良好的硬件，也是一种丰富的可选择性的软件。 4.5 工程控制测量
静态测量在GPS控制网中是最精密的测量方法，对于一些大型的建筑物，如隧道，立交，大桥等进行控制。而实时GPS动态测量则可采用在一般工程的控制测量中。动态测量在测量过程中可以实时获得定位的精度，在到达要求的精度点位时，可以停止测量，很大程度的提高了作业效率。因为不要求测量点之间必须通视，所以使测量更为简便易行。 5GPS应用中存在的技术问题的解决方法 5.1 工程投影变形的处理
规定指出测量区不可偏出子午线15km，所以GPS内业数据处理时，需将高斯投影变形中对坐标成果的影响消去，对公路勘测的控制网建立十分重要。
通常的方法是将测区的平均子午线视为子午线，对已知的点进行换带计算，再进行二维的约束平差。虽然这是可行的消除方案，但因为它的横坐标较大的绝对值有时可达几十公里，从而给工程施工、接图和利用老图施工带来了不便。所以强制约束法可以很好的解决老图的使用问题，方便工程的施工，并且有效的消除了投影变形。
以实际工程为例：某高速公路工程项目处于浙闽交界地带，总长54.7KM。子午线119°30′，跨度较大。解算出的结果与福建省内控制点偏差较大，施工不便。因而在实际解算
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中，以原有的D级点位基础，分段解算，分段平差。将每段内的平均子午线作为其子午线，这样也能很好的解决问题，消除投影变形。 5.2 内业平差的优化处理
GPS在公路勘测中主要应用于平面的控制网，即每隔3km设一对通视，并埋设GPS点。虽然主要的设置有利于以后全站的附合导线，但对于内业数据处理的过程会存在较明显的不合理部分，很大程度的削弱了整个控制网的点位精度。
所以在具体应用时应按照以下两个方面进行处理：首先，按常规进行检验，经过检验合格后进入网平差计算。其次，在保证所有坐标结算的前提下，删除GPS控制网的基线边，进行三维网平差，二维约束平差。由于经过基线检验，所以此时的GPS解算成果是可靠的。 6结论
本文通过说明GPS在公路勘测中的应用总结出它的快速、方便、可靠的特点，它将是当今社会发展的一个趋势，我们需要将测量技术的思想带入到GPS整个领域中来，在实际的工作中，寻找思路，发挥总结的创新能力和创造能力，找出新的，更简单的设计方案，使GPS测量更自动化、实用化。 参考文献：
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