GPS定位技術在公路建設中的應用

（河南建筑職業技術學院，河南 鄭州 450064）

隨著“一帶一路”國家戰略的提出，我國西北部偏遠地區的原有公路網已無法滿足發展需要，由于地勢復雜，氣候惡劣，各種高等級公路修建過程中對測量的精度要求也更高。但公路工程項目一般都比較狹長，沿線已有的測量控制點也很少，如果用常規的測量方法進行控制網的布設，不僅耗時耗力，而且精度很難保證。隨著GPS定位技術的發展，它在公路建設中的優勢越來越明顯。由于施測過程不受天氣和通視條件的影響，而且測量精度高、作業時間短，在公路工程建設中能夠極大地提高工作效率。目前，該技術已經被廣泛應用于各種等級的公路工程測量中。

1 GPS概述

GPS全球衛星定位系統是由美國國防部為了軍事需要建立的。從上世紀70年代開始研制，耗資近300 億美元，于1994年全面建成的，可以全天候地為用戶提供三維坐標和時間信息，主要由空間星座、地面監控和用戶設備三部分組成。它的工作原理是采用空間分布的衛星與地面接收機的距離交會得出地面點的位置坐標，通過GPS接收機在某一時刻同時接收了四顆以上的衛星所發出的信號，根據衛星星歷數據通過數據計算、處理可得到該時刻接收機的三維坐標。在測量測繪領域，GPS定位裝置引起體積小、重量輕而便于攜帶且技術指標精度高，已經為測量工程帶來了極大的便利。

2 GPS系統的特點

GPS可以提供動態目標實時的三維坐標、速度和時間信息。它的主要特點如下：

（1）功能多、用途廣。GPS不僅可以測量、導航、測速、測時。所以可以廣泛地應用于測量、交通、農業、林業、水利、氣象等方面。

（2）測站間無需保持通視。GPS在工作時，基準站和待測點之間無需保持通視，因此控制網在布設時更為靈活，相鄰測站之間的距離也可更遠，覆蓋測區面積更大。

（3）定位精度高。一般的雙頻GPS接收機基線精度能達到5+1ppm，隨著距離的增長，它的優勢更加明顯。

（4）全天候觀測。GPS 測量不受氣候條件的限制，可以在任何時間、任何地點連續進行測量。

（5）操作簡便。GPS 接收機的數據采集工作可以自動進行，只要配備相應的通訊網絡，用戶只需要進行安裝并開關儀器，其他觀測及記錄工作均有接收機自動完成。

（6）實時定位。運用GPS定位系統進行導航，可以實時測定運動載體的三維坐標和速度，可實時確保運動載體沿著設計的路線運行。

（7）提供三維坐標。GPS測量在精確確定測站平面坐標的同時，亦可以提供測站的大地高程。

3 公路測量中常規測量手段的缺陷

公路線路一般比較長，一個標段一般都有幾十公里。涉及的區域比較廣，地形比較復雜，地面測量難度也比較大，給公路的測量人員帶來了極大的不便，不僅精確度不高，而且需耗費大量的人力、物力和財力，成本控制比較難。具體來說，主要包括以下方面：

（1）等級公路對導線的要求非常高，無論布設各種等級的附合導線或閉合導線，都要求測區有足夠數量的高等級控制點，但是由于保護不力，很多控制點都遭到了破壞，需要測量人員重新埋設標石進行控制測量，而常規儀器要求點位之間通視，工作量大大增加，精度和效率大大降低。

（2）公路的長度比較長，涉及到的區域地形復雜，包括山地、平原、丘陵，并可能會遇到各種橋梁、隧道，不利于開展常規測量。

（3）施工中，由于工地現場情況復雜，施工材料和各類大型機械較多，對測量的影響比較大，誤差大的時候需要返工重測，對整個建設工期造成很大的影響。

4 GPS在公路建設中的具體應用

傳統的公路建設中的測量工作在項目設計、施工和運營管理階段都有涉及，主要工作任務包括項測繪地形圖、中線測量、縱橫斷面測量、施工放樣、變形觀測等，GPS系統都發揮著極其重要的作用。

（1）測繪地形圖。公路工程在項目設計階段主要工作內容就是測繪帶狀地形圖。傳統方式先要布設控制網，然后利用全站儀進行碎步測量，最后通過軟件進行內業數據處理后，繪制出大比例尺地形圖，這種方法工作量大、速度慢、效率低。而GPS技術可以先通過靜態測量在公路沿線建立控制網，進行高精度的控制測量；然后使用RTK實時動態測量進行碎部點的測量，通過專門的繪圖處理軟件，結合點的編碼屬性信息可以進行自動成圖。如果利用航空攝影測量再輔助GPS進行外業調繪，工作效率會更高。

（2）中線測量。設計人員在上述的大比例尺帶狀地形圖上定線，需要測繪人員將道路中線在實地標定出來。常規方法需要使用全站儀逐點進行，由于要求控制點與放樣點之間通視，工作效率極低。而使用GPS，只需根據使用軟件將中線坐標提取出來形成文件，然后導入至GPS接收機，接著進行中線放樣，該過程高程度自動化，不僅減少了人工操作的手工輸入錯誤，而且由于每個點都是獨立完成，不會產生誤差累計，各放樣點的精度很均勻。

（3）縱橫斷面測量。公路中線確定之后，利用中線樁點坐標，通過繪圖軟件，即可繪制路線縱斷面和各樁點的橫斷面。首先可以將道路的中線數據輸入GPS手簿中，同時在手簿中繪制道路的路線走向、起終點坐標等，GPS系統就會自動生成路線文件，測量員外出測量時，手簿上就會自動引導向起點位置移動，根據手簿的提示，在合理的地方敷設中樁，同時根據軟件還可以在施工中隨時加密中樁點，并同時對高程數據進行采集，可以很方便地繪制斷面，極大地提高了工作效率。

（4）施工放樣。在道路工程施工階段，涉及到管線開挖、檢查井砌筑、土方工程、照明工程、綠化工程等，無論哪個方面都離不開測量工作。使用傳統手段，控制點需要布設在現場或者引測，施工現場的堆料和大型機械都可能影響控制點的保護，精度都會大大降低，而使用GPS則無需考慮這些，就可以得到高精度的放樣結果；而在高程測量方面，GPS可以同時提供三維坐標，特別是在邊坡開挖的時候，可以根據計算結果平面位置和高程同時進行放樣，很容易指導施工的安全有序進行。

（5）變形觀測。公路工程中通常涉及到橋梁和隧道，這些工程即使在工程竣工后也需要進行測量，用以確保工程的運營安全。GPS具有實時測量的功能，使用專業軟件能夠實時傳輸并處理，能夠為技術人員提供實時的監測結果，比傳統的監測手段更快捷，為調整方案、采取措施提供了寶貴的時間，節約更多的資源，提高社會效益。

5 結語

本文通過分析GPS在測量工程中的優勢，結合傳統測量在公路工程中的缺陷，提出GPS在公路工程中的具體實施策略以及相應技術，說明該技術在公路工程的應用前景廣闊，可值得為同類工程所推廣應用。但GPS自身也有缺點，如抗電磁干擾能力弱，接收機周邊環境可能會造成多路徑誤差，設備的成本較高等，這些都要求我們在實際工作過程中合理地使用各種現代化的測量工具，最大限度地發揮其優勢。

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