GPS在高速公路線路控制測量中的應用

賈俊力

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004)

GPS在高速公路線路控制測量中的應用

賈俊力

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004)

隨著信息技術的發展，數字化測量工具已經廣泛應用到各行各業中，并得到了人們的一致性認可。GPS技術在控制測量中的應用是數字化測繪發展取得的重大進步，促進了公路線路測量的發展，具有非常廣闊的應用前景。主要對GPS技術在高速公路線路控制測量中的應用進行分析，主要進行路線平面控制布設和平面控制網布設兩部分內容，并借助實例進行了具體介紹。

GPS；道路設計；控制測量

1 公路工程測量中GPS功能分類

動態功能與靜態功能是公路工程測量中應用GPS技術的主要功能。動態功能主要借助衛星系統，將確定的三維坐標進行點位，然后實地放樣到地面；靜態功能可以借助衛星信息對地面三維坐標進行確定。只有將GPS全站儀靈活三維極坐標測量技術與實時動態定期技術結合起來，才能更好的進行無控制網各工程測量。經過分析發現，此種測量方式已經廣泛應用到平面控制網測量中，對工程設計具有很大幫助。動態定位和快速靜態定位是實時動態定位的主要測量模式，只有結合使用兩種模式，才能實現公路勘測、建立、采集前端收據、施工放樣等內容。

2 高速公路工程測量控制中GPS使用的主要方法

現階段快速靜態定位模式已經成為高速公路工程控制測量中使用的主要方法。使用此種方法時必須保證GPS接收機處于同一流動站上，然后再進行靜止觀測。實施觀測時，主要接受衛星和基準同步觀測數據，然后對整周未知數及用戶站三維坐標進行結算，如果結算結果變化穩定，則滿足設計要求，此種方法常用于控制測量中。由于常規測量方法在環境惡劣地方的測量較困難，而且容易受客觀因素影響，所以準確使用動態快速靜態測量(RTK)，可以取得很高的測量結果。單點定位耗費時間在5～10 min內，不到靜態測量時間的1/5。隨著技術的不斷發展，定位時間會不斷縮短，因此可以利用靜態測量代替全站儀，保證導線測量控制工作的順利進展。

3 布置GPS路線平面控制點

如果公路沒有特殊的結構構造要求，而且二級以下公路或城市主干線道路，基本都使用三級GPS控制網。如果將GPS點設置在道路上，可以沿著道路縱向方向，在500～1 000 m之間設置一個GPS控制點。應該將GPS位置控制在距離中線在50～300 m之間，同時必須保證測角、量距、地形測量及定測放線等的順利進展。設定路線平面控制點的時候，必須對橋梁、隧道和構造物等的布設進行考慮，滿足控制網對構造物布設要求后，分別在大型構造物的兩側設置一對平面控制點。如果進行道路設計時，工程基本走向已經確定，可以根據公路級別、作業時衛星狀況、精度要求、沿線走向等方式進行操作，綜合設計。首先，進行控制測量，主要包括高程控制與平面控制。實地勘查完成后，對沿線路段控制點進行布設，最后組成控制網(測區控制網)。WGS-84是坐標系統中常用的系統，橫軸墨卡托投影是國際上采用的先進投影技術。作業規范可以按照國家測繪局頒布的全球定位系統測量規范實施操作，由于考慮到工程具體放樣，所以必須在GPS控制網基礎上對二級導線進行加密處理。

4 布設GPS路線平面控制網

布設GPS路線平面控制網時一定要綜合設計。如果路線較長，可以根據可視距離將路線劃分為若干個投影帶。在各個分帶的交匯處布設一對通視GPS點，進行選點操作時，可以使用點測距儀進行測距，減低選點復雜度，同時進行二級導線加密，保證兩個GPS點之間可以進行通視。為了將GPS控制網投影變形值控制在2.5 cm/km以下，可以利用公路補償坐標系。進行平差時，可以將WGS-84的系統邊作為起算邊，然后進行無約束平差計算。對控制網自身符合精確度檢查時，基線向量不能產生系統誤差，同時剔除含有粗差的一邊。設計GPS控制網時，應該將其劃分為一個或者若干個獨立的管理環，而且有較多的閉合條件，GPS控制網由非同步GPS觀測形成多邊形閉合環或附和路線時，必須滿足以下條件：(1)四級GPS控制網不超過8條；(2)三級GPS網不超過7條；(3)二級GPS網不超過6條；(4)二級GPS網不超過8條。三級GPS 網采用點連式布網、鉸鏈導線式布網，同時GPS控制網中不包含自由基線。實施GPS控制網測設時，應該將GPS控制網和周圍的國家平面控制網點聯測等級一致，聯測點數控制在3個之間，保證可以控制本控制網，而且分布均勻。具體控制網技術要求指標如表1所示。

表1 GPS技術網主要技術指標

5 實例分析

5.1 工程概況

青銀高速公路石家莊段的設置線路正線長度為60 km。測量區域海拔高度在35～150 m之間，比較線長12 km，此段地勢平坦，交通便捷，按照控制測量1∶2 000比例對象完成測繪。該區域農作物較多、工期短，使用傳統全站儀根據完成不了測量任務，所以本次使用GPS測量方法進行控制測量工作。

5.2 進行數據采集和基線解算及檢核

(1)采集數據

本次數據采集使用野外首級控制網Ashtech-12型雙頻GPS，利用靜態方式測量。衛星高度角控制在15°，歷元間隔為15 s，有效觀測衛星數大于5，PDOP數值控制網時段長度在45 min以上，重復測站次數大于2；次級控制網時段長度空載在35 min以上，重復測站大于1.6，根據基線實際情況調整時延觀測時間。

(2)基線解算和核檢

觀測任務完成后，必須加注基線階段軟解對GPS原始收據進行基線驗算，保證各個基線箱梁的基線在99%以上，而且所有基線都必須進行固定雙差分解。

①首級控制網。如果有3個同步閉合差超限，必須剔除。網的組成及機構必須符合規范要求，而且剔除的同步不會重復測量。其他基線向量的檢核結果如表2所示，可以將控制網中的各個基線指標控制在限差之內，然后再進行平差計算。

表2 首級網基線檢核精度

②初級控制網。對7個初次控制網中的基線向量檢核可以按照如下方式操作：三邊同步閉合差的最大值為7.6mm，與相對閉合差4.1ppm，附和線路的最大閉合差是6cm，復測基線較差1.8mm，將各條基線指標控制在一定范圍內，然后再進行平差計算。

5.3 對平差計算結果和精確度進行統計

利用TGPPS計算平差，先進行三維無約束平差，然后再進行二維約束平差計算。(1)首級控制網。平差結果顯示，基礎向量最大值是1mm，限差為88mm，可以確定無粗差基線向量存在。(2)次級控制網。七個次級控制網中，基線向量的最大改正值是2mm，限差是35mm，可以認為網中不出現粗差基線向量。七個次級網均達到最大邊相對誤差精度要求，比點位中誤差小5mm，可以說明次級網精確較高。

6 結束語

經過本文分析發現，GPS控制網觀測主要進行天線安置、觀測作業、作業成果記錄等內容，進行測量時，測量人員必須認真觀測，減少工程測量存在的誤差及損失。經過國內眾多GPS測量數據分析發現，絕大多數測量工作都存在一定的誤差和錯誤，所以在應用先進測量技術的同時，測量人員還應該保持嚴謹的測量態度，促進高速公路線路測量的進展。

[1] 梁建昌;李衛國.GPS在青銀高速公路線路控制測量中的應用[J].石家莊鐵道學院學報,2014,(5).

[2] 肖琦.淺談GPS在公路線路控制測量中的應用[J].林業勘察設計,2012，(6).

[3] 劉強.淺談GPS在高速公路應用中的高程控制測量[J].焦作大學學報,2014，(3).

2017-04-22

賈俊力(1984-)，男，山東茌平人，工程師，研究方向：高速公路建設。

U412

C

1008-3383(2017)02-0016-02