GPS技術在公路建設中的應用

高萬航 杜光宇

(1.遼寧岫巖滿族自治縣公路管理段 ； 2.沈陽豐聯市政工程有限公司)

1.GPS定位原理

GPS定位原理其實就是我們在測量學中學到的測距交會定位。GPS系統由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS星座，24顆衛星均勻分布在6個互成一定角度的軌道面內。正是由于其特定的運動軌道，我們才能在地球任意一點通過地面接收機獲得空間衛星發射回來的定位信息。GPS衛星攜帶無線電信號發射臺，應用無線電測距交會的原理，便可由三個以上地面已知點(控制站)交會出衛星的位置，反之利用三個以上衛星的已知空間位置即可交會出地面未知點（用戶接收機）的位置，這便是GPS衛星定位的原理。

2.GPS優點

2.1全天候作業

GPS觀測可在一天24小時內的任何時間進行，不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等惡劣天氣的影響。

2.2提供高精度三維坐標

以前的公路測量將平面和高程分別施測，即使是全站儀作業，也只能通過三角高程得到精度較低的高程數據。GPS不僅能得到高精度的平面坐標，而且能得到不低于四等水準測量的高精度高程數據，更重要是，它所測量數據的精度受距離的影響非常小。實踐證明，一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm；在50km以內的基線上，GPS相對定位精度可達1ppm；在100-500km的基線上可達到0.1ppm。

2.3快速簡便

GPS有多種快速定位模式。快速靜態相對定位可以在1-2分鐘內得到距離基準站15-25km范圍內的流動站坐標信息，如果是RTK（實時動態定位技術）測量，幾秒鐘就可得出符合觀測精度的數據信息。GPS接收的數據通過自帶的數據處理軟件計算，技術人員只需簡單按鍵操作就能輕松得到想要的信息，快速簡便。

2.4覆蓋廣泛，無須通視

GPS靜態定位可以在公路建設中輕松覆蓋 100km范圍，RTK技術也能覆蓋25km區域，而且測站間無須通視，克服了傳統測量技術受視距影響的缺點，使選點更加靈活，提高了作業效率。

3.GPS在公路建設領域的具體應用

3.1繪制大比例尺地形圖

公路選線多是在大比例尺（1：2000）帶狀地形圖上進行。傳統方法測圖，先要進行導線測量，然后進行碎部測量，最后將海量復雜的數據信息編輯成圖。這種方法耗費大量人力財力，速度慢，效率低，大大延長了公路項目的建設周期。用GPS測量完全可以克服這些缺點，通過GPS靜態測量模式在公路沿線建立控制網，做好點之記，然后利用GPS實時動態測量(RTK)模式快速獲得碎部點的平面坐標和高程，通過專門的數據處理軟件，結合輸入點的特征編碼及屬性信息，在室內即可快速繪制成圖。目前，利用攝影測量和GPS技術完成的國家地理信息系統已經趨于完善，而且定期更新，很多公路選線所用的大比例尺地形圖都可以即取即用，這就大大提高了工作效率，既省時省力，又經濟實惠。

3.2施工圖設計

設計部門利用GPS技術可在短時間內得到所選線路的平面位置、縱橫斷、土石方、橋涵、隧道、路線交叉、拆遷、征地等詳細信息，并且可以與計算機互通數據，甚至已實現無線數據連接，快捷高效，簡化了計算機的工作，為施工圖設計和工程預算提供依據。GPS技術還能幫助我們利用圖上選線和實地測量相結合的方法獲得公路建設項目的最終方案，為政府部門作出重大規劃和決策提供準確而及時的數據。

3.3施工放樣

由于GPS技術具有傳統測量技術所沒有的優點，所以在工程施工放樣中的應用也越來越廣泛。在地形條件復雜地段，尤其是特大橋、隧道等項目的控制網布設中，GPS高精度、無須通視、簡便快捷等優勢得到充分展示。在施工中，GPS可以進行控制點加密、局域控制網布設、中樁測量放樣、橋位放樣、隧道貫通測量等多種作業，方便經濟、快速準確，確保工程質量，減小由于測量技術方面的原因造成的不必要損失。

3.4變形監測

隧道、地鐵等地下工程及懸索橋、斜拉橋等高大設施施工均需要進行變形監測，以確保工程質量和安全。近年因地鐵等施工造成地面沉陷、建筑物傾斜、人員受傷的事件時有發生，掌握變形數據及變化規律，預測發展趨勢，提前預防可能出現的質量或安全隱患，對于減少人員傷亡和財產損失具有重大意義，也是非常重要的技術措施。因GPS具有數據實時處理功能，能及時為技術人員提供監測結果，對比傳統監測設備更快速，為調整方案，采取補救措施贏得寶貴時間，有可能挽救更多的生命，節約更多自然資源，提高項目投資的社會效益。

3.5監督驗收

在公路項目建設過程中，監理單位和工程建設主管部門要對在建工程進行實時監督檢查，并且在工程結束后組織竣工驗收，這些都離不開GPS技術對其工作的強大支持。監理單位通過實時監測施工單位的工程量完成情況進行按期結算，監督指導施工單位的工作。GPS還能實時提供高精度三維坐標數據，并且攜帶許多實用的測算軟件，具備如計算土方、實測面積、中線偏移等強大功能，這些技術都是其它測量方法所不能替代的。工程竣工后，業主方可以將工程完成后 GPS實測的詳細信息與工程開工前的數據對比，看是否達到竣工驗收標準，將數據信息備案以供后期使用。

結束語

雖然GPS具有許多得天獨厚的技術優勢，但是它也有缺點。比如抗電磁干擾能力較弱，而且架設地點要視野開闊，周圍障礙物的高度角一般應大于10°等，對于零星瑣碎的測量工作靈活性欠缺，設備的成本較高。總而言之，科學技術是第一生產力，GPS技術就是科學為我們帶來的又一新的發展動力。雖然我們對于它的研究仍有很長的路要走，但只要堅持不懈的開拓和創新，將來一定能創造出屬于我們國人自己的全球測量定位技術。

《GPS技術及其在測繪中的應用》教育科學出版社，林玉祥 楊華主編。