GPS技術(shù)在公路平面控制測量中的應(yīng)用

（四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000）

1 GPS技術(shù)控制測量工作的原理

在GPS 技術(shù)應(yīng)用時，其控制測量的工作原理如下：首先，選擇精確度較高的靜態(tài)相對定位方式進行測量控制，在GPS 網(wǎng)點中選點埋石，每隔固定的距離設(shè)置一個GPS 觀測點，比如在國家規(guī)定的GPS 網(wǎng)點上布置四等GPS 控制點32 個，要求選點時必須選擇在穩(wěn)定平坦的開闊土地上，且應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源以及高壓輸電線，最好沒有大面積的水域，在選點后應(yīng)在坐標系圖上標定位置并繪制點。然后再在觀測站點上安裝GPS 接收機觀測衛(wèi)星信號，接收信號并進行數(shù)據(jù)分析處理，確定基線兩側(cè)在坐標系中的相對位置。此外，為了減少因觀測點設(shè)置或相位測量誤差，可利用載波波長、測量精確度高的優(yōu)點進行載波相位觀測量。該應(yīng)用原理是因為2 個及以上的測站點在同一時間段內(nèi)可同步觀測相同衛(wèi)星信號，因此接收機的鐘差和衛(wèi)星誤差相差不大。

2 GPS技術(shù)應(yīng)用特點和應(yīng)用優(yōu)勢分析

2.1 定位精確度較高

經(jīng)過多次項目測量實踐證明，GPS 控制測量的精確度較高，在基線上設(shè)置多個觀測點進行靜態(tài)相對定位時，在800 km以上進行定位測量精確度可達10-8，在100 km～500 km 內(nèi)進行定位測量的精確度達10-6～10-7，在小于50km 內(nèi)進行定位測量時精確度可以達到1～2×10-6。

2.2 測站之間不需要通視

GPS 控制測量時一般不要求在測站之間保持通視，只要將測站點設(shè)置在平坦開闊的土地上即可，這樣不但方便測量，而且也減少了大量的造價費用。因為不要求通視，所以點位位置以及相互之間的距離只要根據(jù)實際需要設(shè)置即可，距離和點位選擇比較靈活，省去了大量在觀測網(wǎng)中計算選點的工作，降低了工作難度，而且也能保證測量的精確度。

2.3 GPS數(shù)據(jù)處理結(jié)果能夠提供三維坐標

在測量控制中應(yīng)用GPS 技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，處理后得到的結(jié)果可通過坐標顯示，并將平面坐標和高程坐標分開進行計算，所得數(shù)據(jù)可以通過前后對比得到精確定位的測站點平面位置，另外還能獲得高程點位的三維坐標。

2.4 GPS能夠全天候作業(yè)

利用GPS 技術(shù)進行測量控制，可以全天候工作，這是因為GPS 設(shè)備的適應(yīng)性很強，在任何環(huán)境下都能進行施測作業(yè)，即便是在惡劣環(huán)境下也能得到精確度的測量數(shù)據(jù)，并且能在全球任意點位和任意的時間進行持續(xù)性觀測。

2.5 GPS接收機輕巧，操作方便

GPS 接收機日益朝著小體積、低重量、便于攜帶和運輸?shù)姆较虬l(fā)展，在采用GPS 進行野外觀測控制時，測量人員只要在測站點上安裝接收機來接收衛(wèi)星信號即可，可實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤和捕捉、記錄、數(shù)據(jù)分析等，這些都是可以自動化完成的，所以操作方便對于人工的要求較低，也省去了大量的人工費用。

2.6 觀測時間較短

GPS 的硬軟件一直在不斷更新和完善，采用GPS 進行控制測量，一方面可以保證測量的精確度，另一方面測量的時間較多，例如在20 km 的范圍內(nèi)進行相對靜態(tài)定位的時間只需15 min～20 min，對于短距離測量一般只需要幾分鐘就能完成定位測量，并且采用靜態(tài)定位測量法可以完成一條基線的測量工作。

3 GPS技術(shù)在公路平面控制測量中的具體應(yīng)用

3.1 工程概況

某高速公路路線全長為1 034 km，為東南至西北走向，沿線的東南地段地形比較平坦，西北地段上地形復雜，沿線大部分是山地丘陵，植被茂盛，測區(qū)通視困難，如果采用常規(guī)的測量控制方法將無法在緊張的工期內(nèi)完成，期間還會受到其他干擾因素的影響，最重要的是無法滿足測量精確度的要求，所以應(yīng)采用GPS 技術(shù)進行測量控制。

3.2 控制測量實施過程

3.2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

控制測量網(wǎng)的布置，首先必須根據(jù)甲方的要求以及GPS 的測量規(guī)范來設(shè)計，要求控制網(wǎng)有足夠的閉合環(huán)，即由獨立觀測邊構(gòu)成的閉合圖形，可提高圖形強度和平差檢驗條件。其次，必須有一定數(shù)量的點位重合，便于從已知的觀測點坐標來測算待測點的坐標。即GPS 控制網(wǎng)點應(yīng)和地面上的已指控制網(wǎng)點充分重合起來，使重合點能在控制網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)均勻分布。同時要求觀測網(wǎng)點和水準點重合，能夠為地面水準點的觀測和數(shù)據(jù)分析提供參考依據(jù)。此外，在控制網(wǎng)布置時必須保證GPS 站點觀測有足夠開闊的視野，避免受樹木等障礙物干擾，雖然GPS應(yīng)用適應(yīng)能力強，但是為了保證觀測的精確性，必須要求觀測站點在高度150°以上無其他障礙物。使用聯(lián)測法或在擴展控制網(wǎng)時必須保證各個觀測站點之間的通視條件。為滿足實際工程對測量精確度的要求，為實際工程生產(chǎn)作業(yè)所用，必須根據(jù)甲方的要求滿足觀測精確度的要求。最后，關(guān)于GPS 平面控制網(wǎng)的精確度指標還需結(jié)合工程實際精確度的需要以及所用儀器設(shè)備的特點、技術(shù)條件影響等，根據(jù)GPS 測量規(guī)范中關(guān)于相鄰點位之間距離的標準差指標確定。

3.2.2 GPS測量外業(yè)實施

在GPS 測量外業(yè)實施中，根據(jù)測量設(shè)計要求在測量區(qū)域內(nèi)布設(shè)GPS 觀測點、導線點等。為了避免電磁場等對信號產(chǎn)生的影響，要求選擇的點位盡量遠離大功率無線電發(fā)射源與高壓電線，選擇交通便利和視野開闊的地方。最后選點結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場實際澆筑混凝土樁進行標記和記錄。在具體測量時，為了獲得精確的數(shù)據(jù)并進行對比，先在已知GPS 觀測點上利用三角支架進行觀測，平面觀測時，要滿足測量規(guī)范要求，然后使用相同方式對其他布置的觀測站點進行測量，取3 個差值不超過2 cm 的平面觀測結(jié)果作為該點觀測站點的平面坐標觀測結(jié)果，數(shù)據(jù)見表1。

表1 施工控制點平面坐標成果表

利用GPS 測量完成后，使用全站儀對施工控制點A1、A2、A3 進行角度、邊長檢核，檢核結(jié)果見表2。

表2 施工控制點平面坐標成果表

由表2 可知，角度較差為8″（限差為±20″），最弱邊相對中誤差為1/27767（限差為1/7000），精度良好，滿足“規(guī)范”要求。

在施測結(jié)束后，需要利用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件完成基線解算和網(wǎng)平差等數(shù)據(jù)處理，然后獲得GPS 控制點的三維坐標，并保證同步觀測精度、異步環(huán)觀測精度和復測基線觀測精度等精度指標要符合設(shè)計要求。

3.3 在利用GPS進行公路平面控制測量時需要注意的事項

首先，必須保證所選擇的測量控制點應(yīng)在視野開闊、土地平坦的地區(qū)。1）為了方便觀測。2）為了方便接收到衛(wèi)星信號且保證數(shù)據(jù)的準確無誤，同時要考慮是否方便，保存數(shù)據(jù)。在具體測量控制時，要求觀測的時間間隔不能相差太遠，也不能相差太近，否則，會對測量結(jié)果產(chǎn)生不利影響，例如會降低測量數(shù)據(jù)的精確性和完整性。此外，為了獲得更高精確度的數(shù)據(jù)，對于衛(wèi)星信號接收時間段的選擇非常關(guān)鍵，同時對于坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)的收集、計算等也非常重要，在控制測量時要求將轉(zhuǎn)換參數(shù)控制在可控范圍內(nèi)，從而提高施工測量坐標的測量精度。

4 結(jié)語

綜上所述，該文對GPS 系統(tǒng)的構(gòu)成、測量控制應(yīng)用時的工作原理、特點和優(yōu)勢等進行了簡單的分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體公路測量工程，闡述GPS 技術(shù)在公路平面測量控制中的具體應(yīng)用，得出由于GPS 精確度高、觀測時間短、觀測站點之間無需通視等特點，在實際野外施測中可有效獲得精確的測量數(shù)據(jù)，能為工程施工提供重要的數(shù)據(jù)參考。在實際公路平面控制測量過程中，GPS 技術(shù)的應(yīng)用可提高點位布設(shè)的靈活度，網(wǎng)形結(jié)構(gòu)也更加合理、成果更加精確可靠，測量結(jié)果的精確度遠遠高于傳統(tǒng)測量方法，能滿足后期公路施工所需。此外，自動化程度較高，能有效減輕測量工作量和工作強度，提高了工作效率，尤其在一些地形復雜的地區(qū)進行測量，采用GPS 進行控制測量可獲得顯著的經(jīng)濟效益。不過在實際測量控制中也要注意，為了便于測量，也為了使獲得的數(shù)據(jù)精確程度更高，必須保證有足夠開闊的測量視野，且保證基礎(chǔ)設(shè)置平穩(wěn)，測試區(qū)域內(nèi)各個測站點之間的間隔不能相差太大，否則也會影響工程測量結(jié)果。