GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用探索

王天成

(哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150081)

GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用探索

王天成

(哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150081)

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)GPS技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，它將在工程測(cè)量中得到更廣泛的運(yùn)用，包括在初測(cè)、定點(diǎn)、施工測(cè)量以及竣工測(cè)量等方面。GPS技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)具有很好發(fā)展前景。本文主要闡GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用，旨在提高公路工程測(cè)量工作的效率。

GPS；公路工程；測(cè)量；應(yīng)用

引言

在科技飛速發(fā)展的過(guò)程中，GPS得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，GPS是一種導(dǎo)航定位技術(shù)，有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，工程測(cè)量得到了廣泛重視，在我校園區(qū)建設(shè)過(guò)程中教師帶領(lǐng)學(xué)生完成的園區(qū)道路勘測(cè)工作中應(yīng)用了GPS測(cè)量技術(shù)，其快速便捷高效率的優(yōu)點(diǎn)提高了工程測(cè)量的效果?，F(xiàn)今，已經(jīng)應(yīng)用到了工程測(cè)量領(lǐng)域，通過(guò)GPS技術(shù)的應(yīng)用，工程測(cè)量的結(jié)果準(zhǔn)確性得到了有效的提高，因此，在進(jìn)行公路工程測(cè)量時(shí)，人們?cè)絹?lái)越依賴GPS技術(shù)。

一、GPS測(cè)量的技術(shù)的原理及特點(diǎn)

（一）GPS技術(shù)的基本原理

該測(cè)量系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在需要被測(cè)量的位置處假設(shè)GPS接收機(jī)，接收衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文，并對(duì)電文進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為該測(cè)量位置的三維坐標(biāo)。

（二）GPS技術(shù)的一般特點(diǎn)

GPS技術(shù)具有如下幾方面的特點(diǎn)：

1.測(cè)站之間無(wú)需通視

測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題，GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。

2.定位精度高

一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm。GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增加，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12×10-6，而在100-500km的基線上可達(dá)10-6-10-7。

3.觀測(cè)時(shí)間短

采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30-40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。

4.操作簡(jiǎn)便

GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高，打開電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)3維坐標(biāo)。

5.全天候作業(yè)

GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況影響。

二、GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用

（一）布設(shè)公路勘測(cè)控制網(wǎng)

公路GPS控制網(wǎng)的建立按GPS勘測(cè)規(guī)程要求，每0.5～1km間設(shè)一控制點(diǎn),其等級(jí)依公路等級(jí)而定。現(xiàn)以高速公路和500～100m特大橋及1000～2000m中長(zhǎng)隧道為例說(shuō)明GPS網(wǎng)的建立方法。高速公路要求的控制等級(jí)為一級(jí)小三角或一級(jí)導(dǎo)線。做等級(jí)控制時(shí)須使首級(jí)控制點(diǎn)交子這一等級(jí)，而首級(jí)控制必須做到四等以上。

在搜集資料時(shí)必須把測(cè)區(qū)內(nèi)的國(guó)家三、四等控制點(diǎn)資料搜集齊全。同時(shí)在布設(shè)首級(jí)控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)在5～10km內(nèi)布設(shè)一首級(jí)控制點(diǎn),以便發(fā)展加密控制。在確立布網(wǎng)等級(jí)和方案后,可按以下步驟建立公路控制網(wǎng)：1選點(diǎn)。以選線及控制人員為主,選擇便于工作及以后應(yīng)用的點(diǎn)位。2埋石。按勘測(cè)規(guī)范要求,埋選標(biāo)石,并現(xiàn)場(chǎng)做好點(diǎn)記。3實(shí)測(cè)。根據(jù)所使用的儀器標(biāo)稱精度和規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行實(shí)測(cè)。4進(jìn)行平差及精度評(píng)定。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算,并進(jìn)行精度評(píng)級(jí)。精度滿足所需等級(jí)要求即告完成。這樣就可建立起高速公路GPS控制網(wǎng)。

（二）縱、橫斷面測(cè)量

（三）檢測(cè)線、樁及點(diǎn)位

在公路施工測(cè)量中，GPS可用于恢復(fù)中線及一些主要樁位。在施工過(guò)程中一些樁位如高程樁、轉(zhuǎn)點(diǎn)樁、中線拄等常遭到破壞，為保證施工質(zhì)量需隨時(shí)恢復(fù)這些點(diǎn)位，依靠常規(guī)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，用GPS則能很快地完成此項(xiàng)工作，此外GPS還可以用于邊樁放樣。竣工測(cè)量時(shí)，GPS可以測(cè)定路線的平縱曲線，看其是否可滿足設(shè)計(jì)要求?？梢垣@得精確的道路坐標(biāo)坡度、平曲線、豎曲線的各種參數(shù)，從而檢驗(yàn)公路施工質(zhì)量。

（四）輔助管理及決策

對(duì)于已建成的公路，可以通過(guò)建立GPS網(wǎng)對(duì)道路沿線交通設(shè)施的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，達(dá)到維護(hù)更新的目的，進(jìn)而影響公路沿線的經(jīng)擠發(fā)展。對(duì)于公路的遠(yuǎn)期改造，通過(guò)研究GPS網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)有路線各種線形指標(biāo)數(shù)據(jù)，在絲毫不影響公路通行的前提下，可以更容易地完成規(guī)劃和施工放樣工作。

（五）繪制大比例尺地形圖

使用實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量功能，得到待測(cè)位置碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)，只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息，在計(jì)算機(jī)上用繪圖軟件的操作即可成地形圖。

（六）數(shù)據(jù)處理

1.對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理

3.分類指導(dǎo)原則。根據(jù)商貿(mào)流通不同行業(yè)的不同情況，進(jìn)行科學(xué)謀劃、周密部署，特別是對(duì)批發(fā)、零售、住餐等大體量傳統(tǒng)業(yè)態(tài)，著力分類制定指導(dǎo)意見。針對(duì)不同板塊、不同企業(yè)、不同網(wǎng)點(diǎn)“+電子商務(wù)”出現(xiàn)的各種狀況，著力分類制定具體方案，分類梳理解決問(wèn)題，分類總結(jié)經(jīng)驗(yàn)做法，分類搞好跟蹤指導(dǎo)。

利用GPS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要是對(duì)原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和整理，為下一步的計(jì)算和分析做準(zhǔn)備。利用GPS進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后對(duì)各種基線向量進(jìn)行計(jì)算，然后再通過(guò)其與重復(fù)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從中獲得最為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.測(cè)量數(shù)據(jù)的處理

當(dāng)進(jìn)行預(yù)處理后，需要根據(jù)預(yù)處理的相關(guān)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)平差的計(jì)算。在計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)獨(dú)立的基線組成一個(gè)閉合圖形，然后再利用三維基線以及相應(yīng)的方差協(xié)作作為觀測(cè)信息，進(jìn)行GPS網(wǎng)的三維無(wú)約束平差，在無(wú)約束平差確定的有效觀測(cè)量基礎(chǔ)上，在國(guó)家坐標(biāo)系或城市坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差。

三、GPS在公路工程的控制測(cè)量上的發(fā)展前景

（一）GPS作業(yè)有著極高的精度

作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，很適于地形條件困難地區(qū)。

（二）GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量

不受人為因素影響。整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。

（三）GPS技術(shù)將徹底改變公路測(cè)量模式

GPS能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等。

（四）GPS測(cè)量可降低作業(yè)強(qiáng)度

GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。

（五）GPS高程測(cè)量可適用于特別地區(qū)作業(yè)

GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域，特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難，GPS高程測(cè)量無(wú)疑是一種有效的手段。

結(jié)束語(yǔ)

隨著工程項(xiàng)目的增多，工程測(cè)量工作變得越來(lái)越重要，傳統(tǒng)的工程測(cè)量方法不但使測(cè)量工作效率降低，同時(shí)有較大工作量，且工序較復(fù)雜，在應(yīng)用了GPS技術(shù)后，工程測(cè)量工作效率得到了有效的提高，且還有效的提升了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)在我校哈職園區(qū)的建設(shè)過(guò)程中教師帶領(lǐng)學(xué)生勘測(cè)技術(shù)服務(wù)工作的開展，驗(yàn)證了傳統(tǒng)測(cè)量方法的低效率，GPS測(cè)量的快速便捷及精度體現(xiàn)得尤為突出，基于GPS技術(shù)的優(yōu)越性，GPS將會(huì)具有更為廣闊的發(fā)展前景。

[1]劉娟.GPS及其在公路測(cè)量中的應(yīng)用[J].西部交通科技，2006(3).

[2]方廣友，宋玉軍，王忠義.GPS系統(tǒng)在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2005(9).

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1007-6344（2015）10-0044-01

王天成，黑龍江省海倫人，1973年11月生人，現(xiàn)任哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)總管，副教授，研究方向是土建類工程測(cè)量教學(xué)與施工技術(shù)