GPS技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用

高萬(wàn)航 杜光宇

(1.遼寧岫巖滿族自治縣公路管理段 ； 2.沈陽(yáng)豐聯(lián)市政工程有限公司)

1.GPS定位原理

GPS定位原理其實(shí)就是我們?cè)跍y(cè)量學(xué)中學(xué)到的測(cè)距交會(huì)定位。GPS系統(tǒng)由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS星座，24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)互成一定角度的軌道面內(nèi)。正是由于其特定的運(yùn)動(dòng)軌道，我們才能在地球任意一點(diǎn)通過(guò)地面接收機(jī)獲得空間衛(wèi)星發(fā)射回來(lái)的定位信息。GPS衛(wèi)星攜帶無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，應(yīng)用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)的原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)(控制站)交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之利用三個(gè)以上衛(wèi)星的已知空間位置即可交會(huì)出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置，這便是GPS衛(wèi)星定位的原理。

2.GPS優(yōu)點(diǎn)

2.1全天候作業(yè)

GPS觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等惡劣天氣的影響。

2.2提供高精度三維坐標(biāo)

以前的公路測(cè)量將平面和高程分別施測(cè)，即使是全站儀作業(yè)，也只能通過(guò)三角高程得到精度較低的高程數(shù)據(jù)。GPS不僅能得到高精度的平面坐標(biāo)，而且能得到不低于四等水準(zhǔn)測(cè)量的高精度高程數(shù)據(jù)，更重要是，它所測(cè)量數(shù)據(jù)的精度受距離的影響非常小。實(shí)踐證明，一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm；在50km以內(nèi)的基線上，GPS相對(duì)定位精度可達(dá)1ppm；在100-500km的基線上可達(dá)到0.1ppm。

2.3快速簡(jiǎn)便

GPS有多種快速定位模式。快速靜態(tài)相對(duì)定位可以在1-2分鐘內(nèi)得到距離基準(zhǔn)站15-25km范圍內(nèi)的流動(dòng)站坐標(biāo)信息，如果是RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)）測(cè)量，幾秒鐘就可得出符合觀測(cè)精度的數(shù)據(jù)信息。GPS接收的數(shù)據(jù)通過(guò)自帶的數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算，技術(shù)人員只需簡(jiǎn)單按鍵操作就能輕松得到想要的信息，快速簡(jiǎn)便。

2.4覆蓋廣泛，無(wú)須通視

GPS靜態(tài)定位可以在公路建設(shè)中輕松覆蓋 100km范圍，RTK技術(shù)也能覆蓋25km區(qū)域，而且測(cè)站間無(wú)須通視，克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)受視距影響的缺點(diǎn)，使選點(diǎn)更加靈活，提高了作業(yè)效率。

3.GPS在公路建設(shè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用

3.1繪制大比例尺地形圖

公路選線多是在大比例尺（1：2000）帶狀地形圖上進(jìn)行。傳統(tǒng)方法測(cè)圖，先要進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，然后進(jìn)行碎部測(cè)量，最后將海量復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息編輯成圖。這種方法耗費(fèi)大量人力財(cái)力，速度慢，效率低，大大延長(zhǎng)了公路項(xiàng)目的建設(shè)周期。用GPS測(cè)量完全可以克服這些缺點(diǎn)，通過(guò)GPS靜態(tài)測(cè)量模式在公路沿線建立控制網(wǎng)，做好點(diǎn)之記，然后利用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)模式快速獲得碎部點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，通過(guò)專門的數(shù)據(jù)處理軟件，結(jié)合輸入點(diǎn)的特征編碼及屬性信息，在室內(nèi)即可快速繪制成圖。目前，利用攝影測(cè)量和GPS技術(shù)完成的國(guó)家地理信息系統(tǒng)已經(jīng)趨于完善，而且定期更新，很多公路選線所用的大比例尺地形圖都可以即取即用，這就大大提高了工作效率，既省時(shí)省力，又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

3.2施工圖設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)部門利用GPS技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)得到所選線路的平面位置、縱橫斷、土石方、橋涵、隧道、路線交叉、拆遷、征地等詳細(xì)信息，并且可以與計(jì)算機(jī)互通數(shù)據(jù)，甚至已實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)連接，快捷高效，簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的工作，為施工圖設(shè)計(jì)和工程預(yù)算提供依據(jù)。GPS技術(shù)還能幫助我們利用圖上選線和實(shí)地測(cè)量相結(jié)合的方法獲得公路建設(shè)項(xiàng)目的最終方案，為政府部門作出重大規(guī)劃和決策提供準(zhǔn)確而及時(shí)的數(shù)據(jù)。

3.3施工放樣

由于GPS技術(shù)具有傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，所以在工程施工放樣中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在地形條件復(fù)雜地段，尤其是特大橋、隧道等項(xiàng)目的控制網(wǎng)布設(shè)中，GPS高精度、無(wú)須通視、簡(jiǎn)便快捷等優(yōu)勢(shì)得到充分展示。在施工中，GPS可以進(jìn)行控制點(diǎn)加密、局域控制網(wǎng)布設(shè)、中樁測(cè)量放樣、橋位放樣、隧道貫通測(cè)量等多種作業(yè)，方便經(jīng)濟(jì)、快速準(zhǔn)確，確保工程質(zhì)量，減小由于測(cè)量技術(shù)方面的原因造成的不必要損失。

3.4變形監(jiān)測(cè)

隧道、地鐵等地下工程及懸索橋、斜拉橋等高大設(shè)施施工均需要進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，以確保工程質(zhì)量和安全。近年因地鐵等施工造成地面沉陷、建筑物傾斜、人員受傷的事件時(shí)有發(fā)生，掌握變形數(shù)據(jù)及變化規(guī)律，預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，提前預(yù)防可能出現(xiàn)的質(zhì)量或安全隱患，對(duì)于減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失具有重大意義，也是非常重要的技術(shù)措施。因GPS具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理功能，能及時(shí)為技術(shù)人員提供監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)比傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備更快速，為調(diào)整方案，采取補(bǔ)救措施贏得寶貴時(shí)間，有可能挽救更多的生命，節(jié)約更多自然資源，提高項(xiàng)目投資的社會(huì)效益。

3.5監(jiān)督驗(yàn)收

在公路項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，監(jiān)理單位和工程建設(shè)主管部門要對(duì)在建工程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督檢查，并且在工程結(jié)束后組織竣工驗(yàn)收，這些都離不開(kāi)GPS技術(shù)對(duì)其工作的強(qiáng)大支持。監(jiān)理單位通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工單位的工程量完成情況進(jìn)行按期結(jié)算，監(jiān)督指導(dǎo)施工單位的工作。GPS還能實(shí)時(shí)提供高精度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并且攜帶許多實(shí)用的測(cè)算軟件，具備如計(jì)算土方、實(shí)測(cè)面積、中線偏移等強(qiáng)大功能，這些技術(shù)都是其它測(cè)量方法所不能替代的。工程竣工后，業(yè)主方可以將工程完成后 GPS實(shí)測(cè)的詳細(xì)信息與工程開(kāi)工前的數(shù)據(jù)對(duì)比，看是否達(dá)到竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)信息備案以供后期使用。

結(jié)束語(yǔ)

雖然GPS具有許多得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是它也有缺點(diǎn)。比如抗電磁干擾能力較弱，而且架設(shè)地點(diǎn)要視野開(kāi)闊，周圍障礙物的高度角一般應(yīng)大于10°等，對(duì)于零星瑣碎的測(cè)量工作靈活性欠缺，設(shè)備的成本較高。總而言之，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，GPS技術(shù)就是科學(xué)為我們帶來(lái)的又一新的發(fā)展動(dòng)力。雖然我們對(duì)于它的研究仍有很長(zhǎng)的路要走，但只要堅(jiān)持不懈的開(kāi)拓和創(chuàng)新，將來(lái)一定能創(chuàng)造出屬于我們國(guó)人自己的全球測(cè)量定位技術(shù)。

《GPS技術(shù)及其在測(cè)繪中的應(yīng)用》教育科學(xué)出版社，林玉祥 楊華主編。