GPS在高速公路工程測量中的應用研究

楊劉虎

（中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 715600）

0 引言

GPS 系統中的接收機性能與數據處理技術表現較強，所以它能夠被應用于高速公路工程測量中，體現測量技術應用優勢。近年來，基于GPS系統所構建的全球高速公路高精度、快速度、三維坐標以及時間信息測量機制愈發成熟，它對于高速公路工程整體建設具有良好促進作用。本文研究GPS 技術在高速公路測量中的實踐應用，為相關技術人員提供參考。

1 GPS系統的基本理論分析

1.1 GPS系統的基本構成

GPS系統中的組成部分較多，它不但涵蓋了多顆空間衛星，還包括了地面監控站以及用戶設備，共同組建形成多點分支結構體系。這些衛星都在軌道上運行確保軌道平面滿載衛星，且軌道平面傾斜角度最大達到65°以上。而GPS系統與地面上的信號銜接則主要為波段無線電載波，結合GPS系統建立相互關聯系統。它主要通過一個動態已知點來觀測地面信息數據，同時也會對衛星的軌道參數、鐘參數等進行計算，并將計算獲得數據全部存儲到衛星存儲器之中。

在地面上，GPS系統接收機發揮了巨大作用，它配置有數據處理軟件以及終端設備，可隨時隨地捕捉、跟蹤衛星運行信號，滿足信號相互交換與放大處理等若干技術要求，在解算自由網絡平差和過程中也發揮了價值，保證接收機中心能夠精確測量各種三維坐標。

1.2 GPS系統的工作機理

在GPS系統中設置了接收機，它主要采用距離交會法建立衛星導航定位系統，確?？茖W合理架設GPS接收機內容，提高接收機整體架設質量。在該過程中，GPS系統發揮了重要作用，即在某一時刻接收多顆GPS衛星信號，計算求得GPS衛星之間距離，獲得衛星三維坐標位置，形成一點衛星信號的三維坐標數字式（AP、BP、CP）。例如AP的三維坐標數字式應為：

1.3 GPS系統的測量特征

GPS系統所表現出的測量技術特征明確且突出，首先它具有極高的定位精度，在配合高精度雙拼GPS建立接收機測量基線精度，確保其最大達到5mm+2ppm左右。同時將紅外儀精度控制在5mm+5pm左右。在結合GPS測量精度距離增加這一過程中，GPS系統的測量優越性能會逐漸表現出來。而通過大量實踐結果也表明，如果基線小于50km 則其測量精度也會進一步提升，大約在500km范圍內基線精度可以達到一個較高水平，測量工作十分到位。

在GPS系統中，需要把握測站之間的相互通視距離，結合測量過程檢測距離。在某些測量復雜地形地區，需要結合測量技術過程來選取通視點，但存在一定難度。當然，利用系統所開展的測量工作更加靈活便捷，始終保證測站點寬闊，提高信號接收效率。

在某些技術體系中，利用GPS系統可有效測量距離，保證測量自動化水平不斷提升。這里主要運用到了大量創新技術內容，保證建立小型化、智能化技術操作，保證配合天線進行諸多技術性調整，滿足電源自動觀測技術要求，在配合大量數據處理軟件過程中建立測點三維坐標，滿足衛星設計距離與跟蹤觀測等諸多要求，確保技術應用準確到位，提高GPS系統的整體觀測應用能力。就整體而言，這一做法是非常有效的。

一般來說，要合理把控GPS系統測量時間，確保測量工作準確到位，同時布設控制網，每次觀測時間大約控制在30～50min左右。其中所采用的是快速靜態定位方法，整體看來觀測時間相對較短，且在觀測工作中可實現RTK短時間內（5s內）測量點局部三維坐標。

在全天候作業過程中，GPS系統發揮了重大價值作用，因為它可以實現動態施測過程，盡量減少外界對于其整體環境因素影響。因此，GPS系統的測量技術優勢明顯，目前已被廣泛應用于高速公路工程測量工作中。

1.4 GPS系統的測量缺陷

就GPS系統技術性表現而言，它的測量定位精度較高、布點更加靈活、適應性更強、操作更加便捷、且能夠繪制大比例尺地形圖，在這一點上能解決諸多不足問題。例如橫縱斷面放樣問題，結合GPS測量過程分析操作不足，解決操作問題。這里對GPS系統的4點測量缺陷問題進行分析：

（1）這里應該給出GPS系統的精確測量定位計算公式，主要計算衛星與接收機之間的精確計算距離，保證固定模式背景下測算距離到位，其計算公式參考如下：

距離=速度×時間[1]

結合上述公式計算相關時間指標，確保針對距離計算電磁波傳播速度，確保測量計算快速到位，同時分析電磁波在真空環境中的傳播速度加快這一現實問題。不過考慮到大氣層并非真空狀態，因此信號會受到電離層以及對流層的雙重影響，要利用GPS系統對這一影響問題進行分析計算，但在某些區域計算過程中可能存在誤差問題。

（2）在利用GPS系統配合常規儀器進行測量過程中應該合理把握高程，調整測量過程，優化測量點距，確保測量過程有效到位，建立多重基準點與觀測點之間的相互優化距離，保證多個高等控制點展開聯測與復核過程。因此，基準站方位觀測情況亟待優化，必須提高測量精度。

（3）需要結合高速公路工程測量實踐滿足相關技術要求，保證測量整體精度有效提升，配合GPS控制市政工程測量控制點，提高測量水平，確保在高程精度條件下也能夠滿足工程建設需求。但實際上，GPS在進行水準聯測過程中還存在高程精度無法保證的缺陷問題，需要改進。

（4）在利用GPS實現控制點位差異測量過程中可能會影響到點位測量精度，為此需要在測量過程中接收衛星并發射信號解決這一問題，滿足數據處理全過程技術要求，獲得點位、高程坐標。這一過程中由于受到外部信號干擾可能會導致出現測量誤差。就這一技術環節而言，可能是因為GPS系統始終處于浮動狀態中，往往會出現假固定或者無法固定情況，從而出現巨大數據誤差問題，整體來看，測量效率低下且精度偏低，無法正常體現測量精度優越性[2]。

2 GPS技術在高速公路工程測量中的應用要點

在目前的高速公路工程測量工作中已經廣泛、深入地運用到了GPS 技術。它主要利用GPS 技術的兩大功能，分別為靜態測量與動態測量。在實際的高速公路工程項目測量工作中，還要結合GPS控制網等展開一系列技術實踐應用分析。

2.1 建立GPS控制網絡

在建立GPS控制網絡開展高速公路測量過程中，需要首先初步確定GPS 點位和線路，做好定位工作，確保GPS點控制網絡設計到位。然后進行GPS選點和埋石，架設GPS觀測儀開展正式觀測工作，需要結合具體問題進行具體分析，建立控制網加密機制，計算導線點坐標平差，保證計算到位。

在建立GPS定位操作機制過程中，分析相關路線并做好定位，積極開展外業測量任務，確保相關人員對高速公路進行初步勘察與分析了解。建立高速公路針對GPS點位的勘測機制，保證提高測量等級，結合相關技術機制滿足聯測與復測要求[3]。

必須結合GPS控制網設計內容調整控制網點設置過程，做好相應技術劃分，保證充分展現控制網設計內容，確保布點實施公路有效優化，滿足高速公路地形地貌建立檢測機制，配合GPS控制網布設相關技術內容，提高測量精度。在衛星接收過程中深入了解GPS電網控制設計精度，綜合考量相關設計方案優化過程。就整體而言，還需要建立GPS首級控制網，結合高速公路沿線地貌環境分析技術操作過程，確保衛星接收過程中GPS點控制網設計精度有效提高，為此需要至少架設4個GPS觀測點，確保點位坐標測量到位，最大限度加快測量速度，保證測量全線工作實施到位。

在建立GPS系統埋石機制過程中，需要保證技術規范，并優化到位，滿足現場點位置記錄有效，提高測量精度，提升測量水平[4]。

在架設GPS觀測儀開展觀測過程中需要保證測量共同時間，切實滿足高速公路工程建設規范技術要求。結合相關操作過程明確觀測時間，建立觀測等級機制。

充分利用GPS觀測數據并加以處理，結合數據分析軟件建立高速公路基線結算與校核機制，保證GPS控制網平差距計算到位。在計算過程中需要考慮所生成數據格式不同，根據國際標準格式進行數據轉換，要結合多種格式建立數據結果精算比較機制，結合平差結果精度較高軟件建立測量機制，確保計算過程快捷到位，滿足計算過程建立平差報告機制。在這一過程中需要展開一系列的人性化調試機制，結合優秀數據處理相關測量結果即可。

要對GPS管理過程進行分析，建立控制網絡并予以加密處理，結合計算過程分析相關操作內容，建立人性化調試機制，保證結果數據處理正確到位。在高速公路高程測量過程中需要根據路線進行分析，建立GPS點分布數據分析機制。結合每一段單獨附合導線開展測量工作，確保每一段附合導線都能起始于指定GPS點位置，輔助完成高速公路工程測量過程。

在建立平差機制過程中要進行積極計算，確保結合導向傳輸數據，保證數據計算系統計算到位，滿足角度與距離平差分析技術要求[5]。

2.2 形成動態測量技術機制

要發揮動態測量技術水平，滿足測量機制應用要求，建立動態測量機制，其技術特點是實時動態定位，在高速公路測量應用中配合動態定位技術實現載波相位觀測過程，了解實時差分技術體系構建過程，滿足技術突破要求。即要建立三維坐標分析機制，確保優化動態數據內容，形成不同動態測量機制，分析相關管理工作機制，確保點位精度測量到位。這一點要結合無線電傳輸設備展開分析，確保流動站測量計算到位，滿足三維坐標測量要求，不斷提高測量精度，實現對衛星數據通訊的連續觀測[6]。在流動站方面應該設置與衛星信號相關聯的接收機，通過無線電傳輸設備接收基準站觀測數據，保證隨機計算相對定位原理實時到位，滿足流動站三維坐標與測量精度要求。在對基準點與待測點進行實時監測過程中需要了解基線變化，分析其計算結果狀況。如上所述，充分利用GPS靜態與動態兩種定位技術可以高效率、高精度實現公路平面控制測量，最大限度減少作業強度并提高工作效率。而隨GPS技術的不斷優化完善，其針對高速公路的測量初始化時間也在逐漸縮短，精度逐漸提高，這對高速公路工程單位的測量前期控制與施測過程安全性提升都有利。必須控制公路GPS控制網間隔點，有效控制間隔位置，如此劃分公路等級，確立布網方案，確保測量精度滿足等級要求，建立高速公路GPS控制網[7]。

3 結束語

總之，在高速公路工程測量中應合理運用GPS技術，確保其發揮實踐應用技術價值。在應用技術要點過程中要保證測量成圖，并建立相關技術控制依據，圍繞控制網絡明確公路區域具體寬度。同時也要結合高速公路勘測階段配合GPS構建基礎放樣機制，最大限度提高測量精度水平與原始數據提取精度。此外，要結合施工階段分析設計要求內容，確保GPS控制網絡實施原地放樣機制，明確構造物放樣水平，提高高速公路改造效益[8]。