GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用

李光宇

引言

GPS測(cè)量技術(shù)是一種以GPS技術(shù)為依托的工程測(cè)量手段，具備高度自動(dòng)化、高精度的特點(diǎn)，越來(lái)越受到測(cè)量工作者的關(guān)注。工程測(cè)量涵蓋工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)階段、施工階段與管理階段，在工程建設(shè)過(guò)程中有著不可替代的地位，此外，其對(duì)于測(cè)量手段的要求較高，必須要具備很高的精度，因此，探討工程測(cè)量中GPS測(cè)量技術(shù)并研究其實(shí)際應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 GPS技術(shù)的基本概述

1.1 發(fā)展以及系統(tǒng)組成

GPS技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，那時(shí)的GPS主要用于定位和導(dǎo)航。相關(guān)試驗(yàn)證明，地球上的任何地點(diǎn)，只要能夠接收到衛(wèi)星信號(hào)，就可以用GPS技術(shù)進(jìn)行定位。不管是三維坐標(biāo)還是兩點(diǎn)間的三維坐標(biāo)差，都可以準(zhǔn)確地測(cè)定，這也是近年來(lái)GPS技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。

1.2 GPS技術(shù)的特點(diǎn)

GPS技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。這是因?yàn)椴贾迷诮孛娴腉PS衛(wèi)星能覆蓋到地球上的任何一個(gè)地方。正常情況下，在任意公路時(shí)間內(nèi)，在地球上的任意地點(diǎn)都能同時(shí)觀察到4顆以上的偵查衛(wèi)星，因而在進(jìn)行定位和授時(shí)服務(wù)時(shí)可以打破時(shí)間和地點(diǎn)的限制。②不受天氣情況的限制。以工程測(cè)量為例，傳統(tǒng)的人工測(cè)量方法很容易受到天氣等環(huán)境因素的影響，無(wú)法保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和戶外作業(yè)人員的安全。而GPS技術(shù)很好地避免了這些問(wèn)題，即使在惡劣的天氣中，也能按時(shí)完成測(cè)量任務(wù)，并保證測(cè)量精度。③用GPS技術(shù)進(jìn)行公路工程測(cè)量，耗費(fèi)的時(shí)間較短，操作也非常簡(jiǎn)便。當(dāng)前的公路工程測(cè)量，只需要十幾分鐘甚至幾分鐘的時(shí)間就可以得到需要的大量數(shù)據(jù)。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下，GPS接收端的操作越來(lái)越簡(jiǎn)化，在智能化操作平臺(tái)的應(yīng)用下，某些設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“傻瓜操作”，測(cè)繪人員只需要做好設(shè)備安放、回收以及養(yǎng)護(hù)工作，處理部分?jǐn)?shù)據(jù)，其他大部分工作都能實(shí)現(xiàn)智能化。

2 GPS技術(shù)在公路工程測(cè)量時(shí)的應(yīng)用

2.1 利用GPS換算平面點(diǎn)位的關(guān)系

一般我們?nèi)绻艿酵ㄒ晽l件限制那么就是因?yàn)槿緝x測(cè)量，但是有時(shí)會(huì)因?yàn)橐恍┤藶橐蛩禺a(chǎn)生計(jì)算錯(cuò)誤。使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)GPS就能夠直接確定點(diǎn)位坐標(biāo)。GPS在測(cè)量施工時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)為：不管是以一個(gè)國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)還是以一個(gè)地方獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS測(cè)量只要將坐標(biāo)系統(tǒng)的換算參數(shù)計(jì)算好就可以，而且只需要計(jì)算一次就可以為在整個(gè)的工期中進(jìn)行服務(wù)。因此我們可以知道，GPS平面點(diǎn)位的關(guān)系換算與全站儀相比較工作效率更高，一來(lái)可以節(jié)省時(shí)間，二來(lái)對(duì)操作人員的要求也不是很高，這就節(jié)省了大量人力投資的成本。

2.2 GPS中導(dǎo)線的測(cè)量

在施工過(guò)程中進(jìn)行放樣工作時(shí)，如果想要用全站儀測(cè)量那么就需要好的通視效果，要在施工過(guò)程中要提供GPS控制點(diǎn)之間的布設(shè)導(dǎo)線，然后再把提供的布設(shè)導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量和平差以后再進(jìn)行放樣工作。但是使用GPS測(cè)量只要提供一次控制點(diǎn)，就能根據(jù)這次提供的控制點(diǎn)在WGS84左邊系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)得求解，而且也不需要花費(fèi)時(shí)間來(lái)布設(shè)導(dǎo)線，但是得到的精準(zhǔn)度卻是相同的。在一般的導(dǎo)線測(cè)量工作中，使用GPS可以節(jié)省布設(shè)導(dǎo)線的時(shí)間，這樣就很大程度的節(jié)約了成本。

2.3 橋位放樣和斷面的測(cè)量

在公路測(cè)量工程中，最關(guān)鍵的是精準(zhǔn)運(yùn)用GPS測(cè)量的橋段。因?yàn)槲覀冎溃话鉍PS在累計(jì)測(cè)量功能的精準(zhǔn)度這方面是很高的，而且這個(gè)功能能夠極大地滿足道公路梁施工時(shí)所要求的精準(zhǔn)度。但是如果使用全站儀，那么測(cè)量會(huì)受到上下角度的度數(shù)限制，這樣對(duì)比下來(lái)可以知道GPS的放樣點(diǎn)位操作其實(shí)是更加簡(jiǎn)單方便的。那么我們?cè)诠肥┕さ臅r(shí)候，斷面測(cè)量也十分重要。如果將全站儀測(cè)量技術(shù)使用到測(cè)量施工中的話，在每一次測(cè)量結(jié)束后就需要再搬一次站點(diǎn)，然后重新再定一次后視，而GPS可以節(jié)省這些時(shí)間、人力。

2.4 高程控制測(cè)量

GPS的分布范圍是非常廣泛的，而且可以使用GPS全方位的對(duì)一個(gè)地形進(jìn)行測(cè)量，而且它還可以在數(shù)據(jù)方面對(duì)這個(gè)地形的寫(xiě)偏差做出調(diào)整，也就是根據(jù)地形改正的外部符合精度為±7mm，曲面擬合法誤差為±8mm，所有的數(shù)值都必須在規(guī)定的范圍之內(nèi)。如果將GPS水準(zhǔn)發(fā)高程與四等水準(zhǔn)相比較，最大的誤差為-36mm，中誤差為±9mm，誤差值為-2mm，而這些數(shù)值GPS都達(dá)到了施工的精準(zhǔn)度要求，因此是可以在施工過(guò)程中使用的。

3 GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 靜態(tài)GPS定位的應(yīng)用趨勢(shì)

未來(lái)公路工程的線路勘測(cè)中，靜態(tài)GPS定位技術(shù)會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的線路勘測(cè)方式。應(yīng)用靜態(tài)GPS定位技術(shù)后，無(wú)論首級(jí)控制還是一二級(jí)控制，其最終效果都能得到顯著的提高。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善，靜態(tài)GPS定位技術(shù)會(huì)更好地服務(wù)于公路工程的測(cè)量工作。在實(shí)際測(cè)量工作中，GPS技術(shù)具有測(cè)量速度快，精度高等優(yōu)勢(shì)，能更好地指導(dǎo)施工，從而提高工程的施工質(zhì)量。另外，靜態(tài)GPS定位技術(shù)可以有效地提高平面測(cè)量精度，從而保證數(shù)據(jù)的精確度。因此，應(yīng)充分發(fā)揮GPS和全站儀定位系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立精度均勻的綜合控制網(wǎng)，也是進(jìn)一步推動(dòng)GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用的難點(diǎn)。

3.2 動(dòng)態(tài)GPS定位的應(yīng)用趨勢(shì)

雖然動(dòng)態(tài)GPS定位尚未應(yīng)用到公路工程的線路勘測(cè)過(guò)程中，但這部分內(nèi)容是未來(lái)測(cè)量技術(shù)的主要研究方向。動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)將為線路勘測(cè)帶來(lái)巨大的變革。具體來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用前景主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①可以用GPS技術(shù)輔助航測(cè)成圖并在此基礎(chǔ)上建立工程的三維模型，航測(cè)成圖需要對(duì)4～6個(gè)控制點(diǎn)的平面位置以及高程信息進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)算，對(duì)做好公路工程的高程控制測(cè)試和放樣測(cè)試有重要的意義。另外，采用動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)進(jìn)行航測(cè)成圖能準(zhǔn)確測(cè)定攝影空間內(nèi)的三維坐標(biāo)，可以使在此基礎(chǔ)上建立起的工程模型更加準(zhǔn)確。相關(guān)試驗(yàn)已經(jīng)證明，只需要在地面設(shè)置少量的控制點(diǎn)，就能夠?qū)崿F(xiàn)“像片控制”，極大地提高了工作效率。②實(shí)時(shí)載波相位測(cè)量技術(shù)與常規(guī)全站儀的結(jié)合。實(shí)時(shí)載波相位測(cè)量技術(shù)又被稱為RTK，該技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了厘米級(jí)的測(cè)量精度，加之其具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能，有效地保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度，減少了數(shù)據(jù)誤差。野外觀測(cè)中的數(shù)據(jù)采集以及中線測(cè)試等工作都可以用到這方面的技術(shù)，如果能將其與GPS技術(shù)結(jié)合起來(lái)，則可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加快測(cè)量速度，提高測(cè)量精度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)工程測(cè)量中GPS測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了深入探討，由于GPS技術(shù)具備較大的優(yōu)勢(shì)，因此，目前在工程測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用是十分廣泛的，GPS能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位與實(shí)時(shí)定位、全天候觀測(cè)，并且定位精度較高、操作起來(lái)十分簡(jiǎn)便，在眾多領(lǐng)域都有著重要作用。

[1]黎飛明，劉莎.GPS控制測(cè)量在新疆莎車縣新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2012（21）.