GPS在高速公路工程測量中的實際應用

劉曉東 章穎

【摘要】GPS技術具有定位精度高、觀測時間短以及自動化程度高等優點，解決了高速公路測量過程中基線過長和地形復雜等難題，已經開始逐漸運用到高速公路工程測量之中，這對我國的高速公路網絡建設起到了極大的推動作用。本文簡要概述了GPS的原理及特點，分析了GPS在高速公路工程測量中的實際應用，希望對我國高速公路工程測量有所借鑒和幫助。

【關鍵詞】GPS；高速公路；工程測量；實際應用

隨著我國高速公路建設的不斷升級，工程測量精密程度的高低直接決定工程質量的好壞，由于測量線路過長和山區地形復雜等因素，傳統的測量方法大都難以勝任高效率的測量工作，已經逐漸開始被自動化的GPS技術取代。GPS技術以其精度高、適應性廣泛和方便快捷等優點，極大地優化了測量結果，為高速公路建設提供了準確的測繪資料，成為了當前高速公路工程測量的首要選擇。

一.GPS技術的原理和特點

隨著信息科技的迅猛發展，GPS全球定位系統技術已經日趨成熟，廣泛應用于地形測量、工程測量、定位導航等眾多領域，其應用原理和技術特點大致如下：

（一）GPS技術原理

隨著1994年24顆GPS衛星地部署完成，GPS覆蓋了地球98%的區域空間，從而為全球用戶提供低成本、高精度的三維坐標和實時動態信息。GPS定位原理是通過測量用戶接收機與多顆已知位置衛星之間的距離，另外由于接收機上的時間與衛星星載的時間并不完全同步，所以除了用戶坐標的x軸、y軸和z軸之外還要引入另一個變量ΔT，即接收機與衛星的時間差，然后根據至少四顆衛星傳送回來的位置數據，構建一個四元一次方程組，最后專業的衛星數據處理軟件進行計算分析，從而確定接收機的位置，最終獲取測量點的位置坐標，顯然位置數據越多方程的解就越接近真實值，精密程度越高。

（二）GPS測量技術的特點

GPS測量技術擁有高精度性、自動化程度高以及實時全天候作業等優點，取代了強度大、效率低、周期長的傳統人工測量技術，不僅滿足了高速公路建設的要求，而且保證了建設工程的施工質量，總體來說，GPS測量技術具備以下幾個特點：（1）高精度性，一般來說雙頻GPS接收機的基線精密度能夠達到5mm+1ppm級別，這與紅外測量儀的精度差不多，然而隨著測量距離的不斷延伸，GPS測量性能已經完全超越了紅外測量儀。據多項實驗報告顯示，GPS定位系統在50km以內的基線測量過程中，其精度值能夠達到1.2×10-5，在100-150km之間的基線測量中，其精度值能夠達到10-6—10-7左右。（2）自動化程度高，在實際測量當中，測量人員只需將接收器對準某一方位，開啟電源，監視儀器的工作狀態，利用相關的數據軟件處理接受的信息，即可得到測量點的坐標，上述的操作步驟簡單快捷，且相關設備也日趨小型化、輕便化，GPS高自動化的操作排除了許多人為因素產生的誤差影響，使得測量結果更加接近真實值。（3）全天候作業，GPS測量技術一般不受區域、時間和天氣的影響，無論任何地形環境、任何時間和任意天氣，都可以進行自動化精密測量，這是其他測量技術無法比擬的[1]。

二.GPS技術在高速公路工程測量中的實際應用

高速公路通常會跨越山區丘陵，地質情況復雜，并且路程較長，曲折度高、路面寬度窄，這往往就對測量精度提出了較高的要求，因此在高速公路測量之中常常選用GPS技術，其在高速公路工程測量中的應用大體上分為三個步驟，選點布網、外業觀測和數據處理。

（一）選點布網

選點布網是GPS在高速公路工程測量中的基礎，也是其核心步驟[2]。該步驟具有一定的復雜性和可變性，并且細節要求非常高，一般來說，測量點的選取并不是固定的，而是依據實際勘測的結果，再加上事先搜集的理論數據，從而確定一個個測量點，最終形成網絡。總體來說，測量點的選取一般需要符合以下幾條原則：第一、測量點的選取一定要注意其周圍位置的地理環境，確保測量儀器能夠在該區域穩定牢靠地擺放，應當盡量避免斜坡、淤泥和土質風華嚴重的區域。第二、測量點應當選在視野相對比較開闊的區域，通視方向至少兩個及以上，同時還需避免天空出現大范圍的障礙物，這樣可以將GPS技術同傳統測量技術相結合，從而進一步提高測量精確度。第三、在一些比較特殊的工程建筑區域內，定點布網時需要特別注意，例如隧道、橋梁等，這些路段的除了原本的測量點之外，還需增設額外的網點，保證這些特殊工程建造的準確性和質量。

（二）外業觀測

外業觀測是在確立測量點的基礎上利用儀器設備進行GPS衛星定位，常用的觀測方式大致分為兩種：一種是衛星定位，另一種是實地放樣。衛星定位是利用GPS接收器接收衛星發射回來的信息，再根據相關的軟件程序進行計算分析，從而確定待測點的三維坐標，實地放樣就是利用GPS衛星系統將各個測量點實時的放樣到地面之上。顯而易見，衛星定位的準確性遠遠高于實地放樣，通常情況下外業觀測都是指衛星定位，在定位的過程中天線的放置移動要平穩，不能夠出現晃動，待安置完成之后，正常打開機器就能夠接收衛星信號，然后將得到的數據進行儲存。

（三）數據處理

數據處理的對象是經過外業觀測所得到的衛星數據，由于該信號數據的數量十分龐大，計算過程特別繁雜，通過人力進行計算處理是難以完成的，這往往需要借助于專業的電子計算機軟件進行數據處理和分析。在數據處理分析之前，首先要檢查所采用的數據軟件是否需要具備檢校閉合差、基線向量等功能，從而能夠保證后續處理的精確程度，使得網平差和坐標轉換等步驟不會存在較大的誤差；然后再講外業觀測的數據傳輸至計算軟件中，通過計算機軟件的高速運算直接分析處理相關的信息數據，最終得到接近真實的三維坐標點，也就是高速公路測量點所需要的最終數據結果。

總而言之，GPS技術具有很多優良的性質，完全顛覆了傳統的人工測量的理念，并在高速工程測量中得到了廣泛應用，這對于工程的測量的精確度和質量都起到了很大的提升作用，因此如何不斷優化完善GPS技術使其能夠更大限度地應用到工程建設的眾多領域將成為今后GPS技術在工程測量中的發展趨勢。

參考文獻：

[1]劉娟. GPS在公路測量中的應用[J]. 西部交通科技，2006（03）

[2]李偉. 淺析GPS在公路測量中的應用[J]. 科技資訊，2013（05）