淺析GPS測量技術在工程中的應用

摘要：GPS 測量技術是建立公路控制網的有效手段，在公路測量中，采用GPS 測量，不僅精度高，提供的成果可靠，而且方便快捷，經濟實用，大大地降低了勞動作業強度，提高了工作效率。文章針對GPS測量技術的應用進行分析探討。

關鍵詞：GPS技術；工程；應用

1.當前常規公路測量的缺陷

公路線路一般是帶狀，路線長度不等，有的路線長長為100km～300km，有的已達到500km，其平面控制測量往往采用導線網形式； 對于重要構造物如大橋、特大橋、長大橋、長大隧道等，也有布設成三角網，線形鎖等形式。在這樣一個帶狀走廊內，實施測量，尤其是高等級控制點稀少的情況下，常規測量方法就有它明顯的缺陷：

（1） 規范對符合導線長、閉合導線長及結點導線長度等有嚴格的規定，一般對于高等級公路均要求達到一級導線要求。導線符合或閉合長度最長不得超過10km，結點導線結點間距不能超過符合導線長度的0.7倍。這就要求測區要有足夠的國家大地點，但實際上由于測區相當一部分國家大地點因各種原因遭到破壞，這樣用常規測量方法根本無法滿足上述要求，實際作業中質量也就無法保證。

（2） 一般來說，路線的控制點要求布設在距路線50m ～ 300m。但實際作業中，由于常規測量往往受地面通視條件的限制，這一條件難以滿足，有些地區根本無法實施常規測量，如大范圍密林、密灌地區。

（3） 由于受天氣、人為因素等因素的影響，用常規測量往往免不了要返工，影響工期。

（4） 有些長大隧道、特大橋多位于地形復雜地帶，進行常規控制測量，為滿足通視和網形條件，往往要做很多砍伐工作，一方面破壞了環境，另一方面加大了工作量，增加了勞動強度。

2.GPS測量技術的特點

（1） 測站之間無需通視

（2） 定位精度高

（3） 觀測時間短

（4） 提供三維坐標

（5） 操作簡便

（6） 全天候作業

3.GPS測量在公路工程中的應用

3.1 GPS公路測量準備

使用GPS作公路測量時，應該收集相關資料，以便作好測量的前期準備。需要收集的資料有工程招標文件、JTG C10-2007《公路勘測規范》、JTF10-2006《公路路基施工技術規范》、JTJ063-85《公路隧道勘測規程》、JTJ062-2002《公路橋位勘測設計規程》、JTG/TF50-2011《公路橋涵施工技術規范》等。同時，做好測量計劃，通過研究各種工程設計的方案，確定適合該段公路的GPS測量技術。在現階段，中國公路的測量中，靜態GPS測量最為普遍。隨著測量技術的不斷發展，各種新型的測量技術蜂擁而至，其中實時動態測量技術逐漸成為主流趨勢，開始應用于公路工程。

3.2 GPS公路測量

（1）工作時段選擇。由于線路上的地形復雜，需要選擇良好的觀察時段才能采集完整的數據，所以要根據天氣預報選擇一個良好的觀察時段。同時，定位精度的高低與衛星的幾何分布密切相關，觀察人員可以用Planning軟件查看衛星的分布情況，從而合理安排工作時段。

（2）工作區平面控制網的建立。通過放樣資料，利用GPS靜態測量確定工作區控制網，與國家點聯測，點間距為5～8km。先將控制點的平面坐標求出來，并考慮投影變形的情況，由于公路跨越范圍廣、路線的地形復雜，所以變形各有不同。在3°投影帶附近，由于長度變形較大，中線樁實地測量的長度與圖中反算結果不同，滿足不了放樣的要求，所以要采取措施減少長度變形。

（3）高度的控制測量。工程實際使用的是正常高，而GPS測得的高程是大地高，必須將大地高程換算為正常高。然而，由于高程變化復雜，山區高程精度也不高。同時，要求新線定測為每4km 設置一個水準點，但部分地形滿足不了GPS的觀察條件，擬合的高程并不能保證其精度。所以水準仍使用水準儀作業模式。

（4）地方坐標轉換參數的求取。對地方獨立網格坐標、控制網中WGS84和高程的公共點進行合理的選擇，然后求出轉換參數，做好RTK 動態測量的準備。在選擇參數時應注意：1）控制點均勻分布；2）選擇3個以上的點來提高精度，求解轉換參數時采用最小二乘法。

（5）選定基準站。在選定基準時，既要滿足觀察條件，同時又要設置在地勢高的地方，這樣有利于電臺的發射。可以將基準站設置在WGS84坐標已知點和地方網格坐標上，也可以設置在未知點上。

（6）準備內業數據。通過一體化程序完成內外業的所有計算。輸入線路的起點坐標、加直線的長度以及方位角，通過程序計算出待放樣的坐標，每50m 一個點，同時地形的突變處增加一個點。導出放樣點坐標，以DATA 文件保存，然后把文件導入外業的電腦上，以此來在外業工作。

（7）外業工作。在基準點上放置接收機，然后設置系統、無線電以及天線的輸入。首先設置流動站接收機的系統，輸入轉換參數，然后對流動站進行初始化工作。由于一般的大地水準模型和坐標系統沒有包括當地偏差，為了減少這些偏差，需要利用點校正的方法得到更加精準的當地網絡坐標，并且要保證工作區域在校正點以內。

4.RTK 技術的應用

RTK 技術是GPS技術發展中的一個新的突破，其全稱是實時動態定位技術。該技術的原理是將GPS接收機安置在高精度的控制點上，然后對全部可見衛星實施連續觀測，把觀測到的數據利用發射臺實時傳送給流動的觀測站，最后采用相對定位的原理，通過電子手簿實時得到流動站的測量精度及三維坐標。RTK 技術在公路勘測設計中可用于公路中線測量、地形圖的測繪等，然后把數據導入計算機，通過CAD進行計算和繪圖。

4.1 繪制地形圖

在用傳統方法進行測圖時，首先要選取控制點，接著是碎部測量，繪制出的地形圖需是大比例尺。這種傳統的方法工作量十分大，并且耗時長，速度慢，不利于工程測量的進行。RTK技術完美地克服了這些缺點，只要在線路上每一個碎部點上將機器停留1～2min，便能得到該點的坐標和高程。將所有數據導入計算機中，通過軟件分析，即可繪制出圖形，省時省力，可大大提高繪圖的效率。

4.2 RTK 技術的公路中線測量

對于傳統測量中的放線測量、中平測量、中樁測量等，RTK 技術不僅可以完成，還能夠同時進行。其基本步驟如下：

（1）將GPS接收機架設于路線控制點上，作為基準站、流動站測設線路點位，然后開始打樁。

（2）以路線參數為依據，通過配套GPS電子手簿和路線計算程序計算出路線中樁的設計坐標。

（3）將需要測量的參考點號輸入，便會實時顯示設計樁位到當前樁位的距離，當兩樁位重合時，記錄下位置。如此地逐樁記錄，便可以快速、高效地測得中樁及高程，并且結果獨立，無累計誤差。

5.結語

GPS測量技術在公路測量中的應用，極大地提高了作業效率，尤其是GPS-RTK 技術在線路工程測量中的應用，改變了傳統的作業模式。因此，GPS測量技術尤其是RTK 技術在工程測量領域會有較好的應用前景。

參考文獻：

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