GPS測繪技術在市政道路測量中的應用研究

李尊

上海千年城市規劃工程設計股份有限公司 上海 201100

引言

所謂GPS，是由Glbal Postioning System英譯過來的一種定位系統，用于測量地形、道路等，其中GPS還分為Standad Postioning Service的民用標準定位服務，與Prcise PostioningService 的軍用標準定位服務。GPS測繪技術的出現，摒棄了傳統測繪技術的單一性、布設復雜性、地形適應力弱等缺點，加入了GPS技術的精準定位能力，只需要通過接收機，即可使用GPS測繪技術進行道路測量，為道路測量作出了更為方便且精準的貢獻[1]。由于GPS技術的精準性與便捷性，人們開始應用GPS技術與測繪技術相融合。在地形測繪方面，使用高速靜態GPS測繪模式，并且此測繪方式不僅融合了GPS技術，還融合了RTK技術等，因此精度更高，測繪效果更好。研究人員開始對GPS的測繪工具和測量方法感興趣，GPS測繪技術的出現，象征著我國在測量水平方面的高水平研究和分析。本文將詳細研究GPS測繪技術的測量方法，并將此測繪技術應用到市政道路測量方面上，通過對市政道路外業數據的處理、分析傳統測繪方法的誤差原因；基于采集到的外業數據，進一步制定測量流程，提出了市政道路測量方法的基本框架；最后本文提出基于GPS的精準度，消除測量誤差，為GPS測繪技術的發展提供了方向。

1 基于GPS測繪技術的市政道路測量方法

1.1 采集市政道路外業數據

在正式開始采集市政道路外業數據之前，應對GPS系統的測繪能力進行測試，確認GPS測繪參數與正常運行條件一致后，正式開始采集[2]。在采集過程中，首先選擇地勢平坦、無樹樁的測量點進行試采集，確定采集數據的數量和順序。根據各項測量指標，仔細檢查市政道路的地面、大樓、各測試點等測量指標是否正常。將市政道路以往的測量坐標導入GPS測繪系統中，通過GPS控制市政道路測量按照預定測量方法測量。在采集市政道路的高度時，根據預取的測量點自動測量，獲取地面高度數據，除此之外，采集數據時必須按照指定的高度測量點采集，每個測量點必須彼此平行。GPS測繪技術在采集數據的過程中，會記錄市政道路采集瞬間的各種參數數據，存儲在GPS內部的存儲卡中，避免采集中斷。同時，本文設計的采集過程將會完成三項采集任務，采集市政大樓的高度、市政道路長度和道路軌跡，實時采集市政道路的各項數據。

1.2 制定市政道路測量流程

根據上文中采集到的外業數據，本文將制定出市政道路的測量流程，以測量市政道路地下的坡度線為主要流程，使用GPS測繪技術中常使用的水平儀或輝光儀測量，并使用對角線法和扇形測繪法進行測繪工作。雖然GPS測繪技術對于小坡度測量精度比傳統的遙感測量更準確，但測量過程并不復雜，不需要像以往的放樣、找平設備等操作，可以快速測量市政道路[3]。為實現GPS測繪技術在市政道路的測量方法，本文通過設置13個參考點，利用GPS測繪技術進行市政道路的測量。

在測量市政道路前，檢查參考點與參考點的平面位置，長、寬、高各以5cm為精度差值。測量時使用GPS接收機，在測量過程中將GPS定位在三腳架上，各參數配置為以往測量過的市政道路參數，每個參考點的測量次數至少為3次，每次測量間隔不低于60S。參考點的距離和坐標由GPS檢測，并且實際長寬高與測量長寬高的相對誤差要小于1/10000，GPS測繪技術的另一個優勢也會在測量過程中體現出來，那就是測量市政道路時，覆蓋面廣，不會出現距離超過限制的情況[4]。同時，已完成的測量數據必須參照傳統測量方法的測量值[5]。并且測量高度不低于《市政道路測量規范》的技術要求。測量道路中的水準點時，使用GPS技術中的附線，進行測量，在靠近水準點的閉環情況下，檢查該點測量的準確性[6]。基于以上制定的測量流程，會提高GPS測繪技術在市政道路測量的精度。

1.3 基于GPS測繪技術消除市政道路測量誤差

根據上文中制定的測量流程，開始測量市政道路，但是由于市政道路的測量過程會因為測量環境、測量時間等因素影響，導致誤差值較大，因此本文設計的測量方法以消除誤差為主，同時對上文中提到的參考點進行重復測量，得出平均差值，進一步減少誤差。同時，對市政道路測量時，檢查各個參考點的坐標，使其在精度范圍內[7]。GPS測繪技術將會滿足以上要求，并且GPS測繪技術在市政道路測量上，設計了測量點和測量基線，因為GPS測繪技術本身的精準度，重新測量的基線較少，重測率也較低。但是仍存在需要重新測量的基線，造成不小的誤差。因此，本文設計消除誤差公式如下：

式（1）中，σ為基線相對誤差，單位為毫米；B為測量基線的長度，單位為毫米；d為測量基線的寬度，單位為毫米；A為測量基線的高度，單位為毫米。

2 實例分析

2.1 測區概況

本文以某市政道路為例，西部總面積約0.42km2，總人口將近三千人。其內包括市政大樓、中心建筑，以及地勢開闊的行車道路；中部總面積在1km2左右，總人口近五千人。其中商戶、住戶、公用建筑密集；東部總面積約1.2km2，總人口約兩千人。此市政道路較為復雜，東西中部地區全程2.62km2，囊括的建筑樓宇也較多，使用傳統的遙感測繪方法，測繪難度較大，因此選用本文設計的基于GPS測繪技術進行測量。

2.2 測繪成果

在完成某市政道路坐標測量后，開始利用GPS測繪技術，進行地形測繪，經過10天，完成了道路面積內的學校、酒店、公司、超市、醫院、市政府、市林業局、公寓等7個道路坐標，涉及測繪面積1.6km2。GPS測繪技術，優化了傳統測繪技術缺陷，減少了測量誤差，提高了整體測量精度。第一次測量得出兩條測量基線的誤差如表1所示。

表1 測量基線誤差表

如表1所示，兩條測量基線的長寬高誤差分別在30.14mm、26.77mm、26.08mm、10.34mm、13.79mm、13.36mm，相對誤差值在27.3、26.5，并且01號測量基線是在194m的距離時產生的誤差，02號測量基線是在186m時產生的誤差。根據上文中的消除誤差公式，測量得出實際長度誤差為6mm，高度誤差為3mm，寬度誤差為0.4mm，計算的相對誤差，修正了一部分的誤差。基本符合測量精度。

此外，坐標點的精度也需要校正，并且精度校正誤差≤±0.037mm，坐標參數準確性達到了±0.05.0mm的道路測量所規定的精度。在市政道路的測量數據中，選取七個坐標點進行比較，數據如表2所示。

表2 坐標誤差對比

各坐標點的標準坐標如表1所示，傳統方法的測量坐標均在±0.1之間，誤差較大，而本文設計的測量方法測量的坐標在±0.001左右，最多不超過0.040，誤差較小，符合道路測量精度標準，極具使用價值。

3 結束語

本文設計了一種將GPS測繪技術融合到市政道路的測量新方法，通過研究和實踐，設計出一套高效的測量方法。首先采集市政道路的外業數據，整合出GPS測繪技術的測量指標；其次制定一套測量流程，通過此流程進行道路測量，提高GPS測繪技術的地形適應能力；最后消除測量誤差，提高測量精度。通過實例分析，GPS測繪技術完全可以滿足市政道路測量的精度要求。