GPS 在高速公路工程測量中的應用

尹貴鵬

身份證號：210904198709142015

GPS 在高速公路工程測量中的應用

尹貴鵬

身份證號：210904198709142015

隨著社會經濟的迅猛發展，交通量也呈逐年劇增趨勢，據估計全世界每年由于高速公路、街道和交通系統堵塞延誤造成的生產力損失高達幾千億美元。建設高等級的高速公路是勢在必行的，但公路等級的提高也代表著對公路的勘測、施工、設計、管理等方面的要求也越來越高。全球定位GPS系統的使用和精確性可以增加高速公路和街道上以及公共交通系統的車輛的安全和效率。本文主要對GPS技術在高速公路工程測量的應用進行了簡要分析。

GPS；高速公路；工程測量

一、GPS在測量中的優勢

1.1 精確定位

一般而言，紅外儀的測量精度為5mm+5ppm左右，而GPS的測量精度已經能夠達到紅外儀水平。但GPS的優越性主要體現在遠距離測量方面，距離越遠，精度越高。例如，在基線小于50 km時，精度在12*10-6左右，但當基線在100 m-500 m之間時，精度能夠達到10-6-10-7。

1.2 自動化

隨著GPS技術的不斷發展，現如今這種技術已經讓數據信號接收機越來越小，設備不斷改進、優化，已經能夠方便測量人員攜帶。在實際測量過程中，測量人員只需要將天線對中并且整平，測量儀器高度并打開電源，就可以開始測量了。測量前需檢查儀器的工作狀態是否正常。儀器觀測能夠實現自動化，只需要采用相關軟件就能夠達到對數據的處理效果，自動計算出三維坐標。

1.3 觀測時間較短

對高速公路的測量不能夠長時間進行，因此測量需快速。在使用GPS方式設置控制網的時候，每個站點的觀測時間只需要半小時。如果測量采用的是靜態定位，在20千米以內的基線中僅需不到5分鐘就能夠將目標坐標求出。

二、GPS在測量中的作用

2.1 靜態定位

這種靜態測量方式適用面較廣，能夠對短距離或是長距離基線同時適用。在這種測量中，通常會用到3個接收機，把天線設立在基線兩端，并標記好測量中心，將其對中整平。這樣一來，3臺接收機就可以在同一時間對高速公路進行測量。這種測量方式需4顆及以上衛星，并將采樣率全部設置在5s-30s之間，截止高度角也應相同。

基線之間的精度與距離決定了觀測時段長度，長度可以是幾分鐘，也可以長達幾小時。在測量中，系統會自動解算用戶站坐標(通常都是三維坐標)以及整周未知數。結束觀測要根據解算結果判斷，若結果的變化沒有達到穩定趨勢，則不能停止觀測。隨著RTK技術的普及，定位只需要5分鐘-10分鐘即可完成，相信通過技術的不斷改進，定位時間會越來越短，精度也會越來越高，最終將目前高速公路測量中使用的全站儀完全替代。

2.2 動態定位

在高度公路測量領域，這種動態定位的發展前景極為廣闊，能夠達到測量縱斷面地面線、圖形測繪、測量公路橫斷面以及測量中樁的作用。測量時間較短，一般僅需要2秒-6秒即可達到精度在1厘米-3厘米的效果。同時，測量過程中無需通視，相對于全站儀而言更為方便快捷。

一般而言，高速公路設計范圍較廣，長度較長，公路等級高，在傳統測量中采用的方式無法達到對精度的要求。在現代化測量中，GPS技術的運用能夠在平面控制中對路線展開平差分析與導線網測量，利用GPS對中線進行放樣。這一技術已經成功運用于高速公路測量中，如國道214、共茶高速以及國道109，測量結果得到一致好評。

三、高速公路測量中GPS技術的應用

3.1 設計控制網

控制網的設計首先需要嚴格選取坐標系，將“WGS-84”大地坐標系統向平面坐標系轉換的過程中，需確保測量區域中投影長度不超過每千米2.5厘米的變形值。坐標系統的選擇可根據以下兩項標準來判定：

1)投影長度≤每千米2.5厘米：這種情況應選用平面直角坐標系，高斯正形為3度。在條件適用情況下，也可采用抵償坐標系。

2)投影長度＞每千米2.5厘米：這種情況下必須使用抵償坐標系，以免測量出現誤差。當需要測量的高速公路長度超過一個投影帶的有效范圍時，應設置多個投影帶，在每兩個投影帶范圍交疊的地方設置能夠相互通視的GPS測量點。

3.2 具體測量應用——以某高速為例

在一條全長約146千米的高速公路中，設計有5座隧道與23座橋梁，其中有3條隧道屬于特長隧道。

在使用GPS技術展開測量時，需要從高速路段開始的地方起，每5千米至8千米設置一對觀測點，兩個觀測點之間需要相互通視，間距在600米左右即可。由于這條高速公路中存在特長隧道，在對長度在1500米以上的隧道進行測量時，應在隧道中間位置以及兩端分別布置測量點，若橋梁長度在200米以上時，也應以這種形式布設，保障放樣需求的合理化。在本次研究中，全線一共埋設了63個GPS二級測量點與4個三級測量點。實際測量中，將橋梁與隧道中鋪設的二級測量點作為首級平面控制網。

在本次研究中，對這一高速公路的測定共投入了17名研究員，其中8名為專業人員，另外9名為輔助研究員。設備方面，共使用了8臺GPS接收機(Leica SR530)，測量平面精度控制在3毫米±0.5ppm。觀測時間在一小時左右，并且每15秒進行一次數據采樣。整個測量工作僅用時7個工作日。

3.3 導線控制

在研究的高速公路中，從公路起始處開始，每隔600米左右設立一級導線點一個，全線一共設置了212個導線點。測量儀器選用的是南方9600型以及Leica SR530這兩種設備，采用靜態測量方法，在10分鐘內每隔15秒采集一次數據。

3.4 攝影測量

攝影測量一般采用飛行器為載體，間隔相同時間進行數據采集。攝影需要按照一定比例進行，比例尺根據地形圖確定。例如，在一副1比2000的地形圖中，攝影比例應該設定在1比10000；本次研究的高速公路測量中，在平差處理之后能夠將測量精度達到100毫米左右，最弱邊相對中誤差在1/53768，高程數據是根據GPS計算中的擬合法解得出，符合計算要求。

四、總結

綜上所述，公路工程建設技術以及施工工藝越來越先進，建設地點周圍的地理環境又極為復雜，傳統經典的測量手段己經很難滿足公路工程建設的需要GPS技術的迅速發展，為公路工程控制測量提供了先進高效的測量手段。將GPS相對定位技術應用于公路工程的控制測量中，不僅極大的推動了GPS技術本身的發展，而且對公路的控制測量也具有極大的意義。

[1]謝強.GPS技術在高速公路工程測量中的應用研究分析[J].建筑工程技術與設計，2017(5).

[2]秦海濤，何宇翔，萬勇.GPS RTK技術在高速公路工程測量中的應用[J].公路與汽運，2009(5)：110-112.