基于GPS技術公路控制測量研究

何文才

（四川省地質工程勘察院集團有限公司，四川 成都 610000）

1 GPS技術

GPS 技術全稱為全球定位系統，是一個能夠在全天候和全世界范圍內應用的衛星導航定位系統，其是由衛星設備、地面控制設備和用戶接收信號設備3 個部分構成的。衛星設備均勻分布在軌道上，在全世界任何一個時刻和地點都能實現衛星觀測，且能實現連續性的實時定位導航。地面控制設備則均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上，由監測站、主控站和注入站組成，實現對衛星系統的監測控制，并向衛星注入更新好的導航電文。用戶接收設備由主機、電源和天線構成，主機核心利用了維腦電技術和適應癥到期等，可完成對衛星選擇、數據采集和分析加工、傳承和存儲等功能，同時還能實現對設備系統的檢查更新、報警和故障排除等，實現對整個接收系統的自動化管理。GPS 的觀測方式包括偽距法、干涉法以及微波相位法等，隨著觀測技術和處理方式的不斷發展，GPS 設備的體積越來越小，但是精確度越來越高，操作也越來越簡單，功能越來越強大。在這幾種觀測方法中，微波相位法利用了載波波長的優勢，可獲得精確度更高的數據，因此得到更多的應用，適應性較強。

2 GPS技術在控制測量領域的工作原理

在應用GPS 技術進行控制測量時，其具體應用原理和應用流程如下。1）通過GPS 定位分析后，證明GPS 絕對定位的定位精確度較低，所以在控制測量時一般采用相對定位技術，選擇精確度較高的靜態相對定位方式后，在控制網內選定已知坐標、精確度滿足要求的地面控制點和GPS 控制點，注意是每隔一段固定的距離設置一個GPS 觀測點，要求選擇在穩定平坦地地方進行觀測點布設，且須遠離大功率無線電發射源和高壓輸電線。在選點后應在坐標系圖上標定位置并標記繪制點，然后再在觀測站點上安裝GPS 接收機觀測衛星信號，接收信號并進行數據分析處理，確定基線兩側在坐標系中的相對位置。為了減少觀測點布設和相位測量引起的誤差，可利用載波波長精確度較高的優勢進行相位觀測，其應用原理是2 個及其以上測站點，在同一時間段內可實現對相同衛星信號的同步觀測量，大大降低了觀測的誤差。

3 GPS技術應用特點和應用優勢分析

3.1 定位精確度高

利用GPS 技術進行公路工程控制測量，可以在基線上設置多個觀測點進行相對定位，測量的精確度很高，且符合公路工程線路長的特點。根據實驗證明，在800 km 以上的測量精確度可達10-8，在100 km～500 km 的精確度可達 10-6～10-7，在50 km 范圍內的測量精確度可達（1-2）×10-6。

3.2 測站之間無需通視

在使用GPS 技術進行控制測量時，一般在測站之間不用保持通視，將測站點設置穩定平坦的地方就行，這樣也是為了方便測量，避免產生不必要的經濟損失。同時因為無需通視，因此點位位置和相互之間的距離只需根據實際情況設置便可，選擇的距離和點位都比較靈活，且節約了大量計算和選點的工作，在降低工作難度同時還可以保證測量結果的精確性。

3.3 GPS數據處理結果能夠提供三維坐標

利用GPS 技術不僅可以獲得精確度較高的數據，而且還能獲得坐標、高程等詳細信息，并完成數據的分析處理，對處理后的數據可通過顯示設備呈現出來，平面坐標與高程坐標可分開計算，得到的數據能通過前后的對比，獲得精確的測站點平面位置，同時獲得高程點位的三維坐標[1]。

3.4 GPS能夠實現全天候作業

采用GPS 技術除了精確度高、無需通視、能獲得三維坐標等優勢外，該技術的適應性和靈活性也很強，可適宜在任何地點、任何時刻進行測量計算，具有全天候工作的優勢。即使在環境惡劣的條件下都能利用GPS 技術得到精確度較高的數據，能在全球任意時間和地點完成連續性觀測。

3.5 GPS接收機輕便小巧，操作方便

隨著科學技術的不斷進步，GPS 相關設備正朝著體積小、便于操作及功能完善等方向發展。因此利用GPS 進行野外公路工程的測量時，可減少操作人員的工作、減輕工作人員的勞動強度。因為操作簡單，所以測量人員不用進行太過復雜的流程，只要按照要求布設控制點并在測站點上安裝接收機就能獲取、跟蹤和記錄分析衛星信號等信息數據，且隨著GPS的數字化程度的提升，可自動化完成上述工作，降低了對操作人員的要求，也為整個工程測量節省了人工成本[2]。

3.6 觀測時間較短

隨著科學技術的不斷發展，GPS 相關設備和硬、軟件等都得到了更新和完善，利用該技術進行公路工程的測量，除了可保證測量可靠性外，觀測的時間也大大縮短，一般在小范圍內進行靜態相對定位測量只要十幾分鐘甚至幾分鐘便能完成。

4 公路工程控制測量的特點

和其他工程測量相比，因為公路本身線路較長、測量區域較為狹窄其周邊環境相對復雜、會受地形地勢等環境因素的影響，所以在進行控制測量時，經緯跨度不大的公路工程容易因變形誤差而影響測量的結果。對于線路總長達幾十、幾百公里的，必須要對引起控制網誤差的原因進行分析并找出應對方法，使公路測量控制的各個點位精確度得到保障，滿足公路控制測量和施工的要求。在進行公路測量時，具體包括對路線、橋梁、隧道和其他大型建筑物的控制測量，其中路線平面控制網是公路平面控制測量的主控網，沿線各種公路工程的平面控制網需要和主控網聯系起來，主控網則應該全線貫通且統一平差。采用GPS 技術進行控制網測量，不用進行通視就能完成角度、歡唱和方位角的觀測，且滿足測量精確度要求，不存在傳遞引起的測量誤差[3]。

5 GPS技術在公路平面控制測量中的具體應用

5.1 工程概況

某公路路線全長為1 011 km，東南至西北走向，沿線的東南地段地形相對平坦穩定，但是西北地段的地形復雜嚴峻，沿線大部分是山地丘陵，植被茂盛，測區通視困難，如果采用常規的測量控制方法，無法在緊張的工期內完成，期間還會遇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，所以應采用GPS 技術進行測量控制。

5.2 控制測量外業實施過程

5.2.1 布置控制網

布置測量控制網時必須根據甲方要求和測量規范要求進行設計，保證控制網是閉環狀態。其次，必須有一定數量的點位重合，便于觀測和計算。同時要求觀測網點和水準點重合，實現在控制網中的均勻分布，從而可為觀測數據分析提供可靠參考。另外，在布置控制網時要求觀測點之間最好要有開闊的視野，雖然無須通視，但是良好的視覺效果避免了外在因素的干擾，提高觀測的精確性。一般要求在觀測點150°高度以上不能有障礙物出現，這樣才可發揮出GPS測量的優勢。為了滿足甲方以及對公路測量結果精確度的要求，從而為后期工程建設或改建、修改等提供可靠依據。在進行控制網精確度指標設置時還要結合工程實際和所用測量工具的特點、技術條件等，根據測量的規范來確定最終相鄰點位之間的距離標準差指標。

5.2.2 GPS測量外業實施

在GPS 測量外業工作中，根據測量設計要求在測量區域內布設GPS 觀測點，導線點等。為了避免電磁場等對信號產生影響，要求選擇的點位盡量遠離大功率無線電發射源與高壓電線，選擇交通便利和視野開闊的地方。最后在選點結束后根據現場實際澆筑的混凝土樁進行標記和記錄。在具體測量時，為獲得精確的數據并進行對比，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 的平面觀測結果作為該點觀測站點的平面坐標觀測結果，數據見表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，檢核結果，見表2。

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“規范”要求。

在施測結束后，需要利用相關的數據處理軟件完成基線解算和網平差等數據處理，然后獲得GPS控制點的三維坐標，并保證同步觀測精度、異步環觀測精度和復測基線觀測精度等精度指標要符合設計要求。

表2 施工控制點平面坐標成果表

6 結語

綜上所述，GPS 技術在公路控制測量中的應用，具有布置控制網簡單、工作效率高、工作量少、安全可靠性高等優點，尤其在山區等地形復雜的區域進行公路控制測量，還能避免外在不利因素對測量結果的干擾，同時實現對周圍生態環境的保護。在具體測量控制時，為避免影響GPS 測量控制的精確度，要合理選擇觀測的時間，同時也要注意2 個控制點之間的距離要合適，不能一個設置在山脊另一個設置在山溝或者2 個點之間的距離過大。由于GPS 技術在測量速度、精確度、效率以及操作等方面等都具有常規性控制測量無法具有的優勢，因此其在公路控制測量中的應用越來越普遍且得到了很好的測量效果。