GPS在高速公路線路控制測(cè)量中的應(yīng)用

賈俊力

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550004)

GPS在高速公路線路控制測(cè)量中的應(yīng)用

賈俊力

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550004)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化測(cè)量工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中，并得到了人們的一致性認(rèn)可。GPS技術(shù)在控制測(cè)量中的應(yīng)用是數(shù)字化測(cè)繪發(fā)展取得的重大進(jìn)步，促進(jìn)了公路線路測(cè)量的發(fā)展，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。主要對(duì)GPS技術(shù)在高速公路線路控制測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行分析，主要進(jìn)行路線平面控制布設(shè)和平面控制網(wǎng)布設(shè)兩部分內(nèi)容，并借助實(shí)例進(jìn)行了具體介紹。

GPS；道路設(shè)計(jì)；控制測(cè)量

1 公路工程測(cè)量中GPS功能分類

動(dòng)態(tài)功能與靜態(tài)功能是公路工程測(cè)量中應(yīng)用GPS技術(shù)的主要功能。動(dòng)態(tài)功能主要借助衛(wèi)星系統(tǒng)，將確定的三維坐標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)位，然后實(shí)地放樣到地面；靜態(tài)功能可以借助衛(wèi)星信息對(duì)地面三維坐標(biāo)進(jìn)行確定。只有將GPS全站儀靈活三維極坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定期技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才能更好的進(jìn)行無(wú)控制網(wǎng)各工程測(cè)量。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，此種測(cè)量方式已經(jīng)廣泛應(yīng)用到平面控制網(wǎng)測(cè)量中，對(duì)工程設(shè)計(jì)具有很大幫助。動(dòng)態(tài)定位和快速靜態(tài)定位是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的主要測(cè)量模式，只有結(jié)合使用兩種模式，才能實(shí)現(xiàn)公路勘測(cè)、建立、采集前端收據(jù)、施工放樣等內(nèi)容。

2 高速公路工程測(cè)量控制中GPS使用的主要方法

現(xiàn)階段快速靜態(tài)定位模式已經(jīng)成為高速公路工程控制測(cè)量中使用的主要方法。使用此種方法時(shí)必須保證GPS接收機(jī)處于同一流動(dòng)站上，然后再進(jìn)行靜止觀測(cè)。實(shí)施觀測(cè)時(shí)，主要接受衛(wèi)星和基準(zhǔn)同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后對(duì)整周未知數(shù)及用戶站三維坐標(biāo)進(jìn)行結(jié)算，如果結(jié)算結(jié)果變化穩(wěn)定，則滿足設(shè)計(jì)要求，此種方法常用于控制測(cè)量中。由于常規(guī)測(cè)量方法在環(huán)境惡劣地方的測(cè)量較困難，而且容易受客觀因素影響，所以準(zhǔn)確使用動(dòng)態(tài)快速靜態(tài)測(cè)量(RTK)，可以取得很高的測(cè)量結(jié)果。單點(diǎn)定位耗費(fèi)時(shí)間在5～10 min內(nèi)，不到靜態(tài)測(cè)量時(shí)間的1/5。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間會(huì)不斷縮短，因此可以利用靜態(tài)測(cè)量代替全站儀，保證導(dǎo)線測(cè)量控制工作的順利進(jìn)展。

3 布置GPS路線平面控制點(diǎn)

如果公路沒(méi)有特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求，而且二級(jí)以下公路或城市主干線道路，基本都使用三級(jí)GPS控制網(wǎng)。如果將GPS點(diǎn)設(shè)置在道路上，可以沿著道路縱向方向，在500～1 000 m之間設(shè)置一個(gè)GPS控制點(diǎn)。應(yīng)該將GPS位置控制在距離中線在50～300 m之間，同時(shí)必須保證測(cè)角、量距、地形測(cè)量及定測(cè)放線等的順利進(jìn)展。設(shè)定路線平面控制點(diǎn)的時(shí)候，必須對(duì)橋梁、隧道和構(gòu)造物等的布設(shè)進(jìn)行考慮，滿足控制網(wǎng)對(duì)構(gòu)造物布設(shè)要求后，分別在大型構(gòu)造物的兩側(cè)設(shè)置一對(duì)平面控制點(diǎn)。如果進(jìn)行道路設(shè)計(jì)時(shí)，工程基本走向已經(jīng)確定，可以根據(jù)公路級(jí)別、作業(yè)時(shí)衛(wèi)星狀況、精度要求、沿線走向等方式進(jìn)行操作，綜合設(shè)計(jì)。首先，進(jìn)行控制測(cè)量，主要包括高程控制與平面控制。實(shí)地勘查完成后，對(duì)沿線路段控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，最后組成控制網(wǎng)(測(cè)區(qū)控制網(wǎng))。WGS-84是坐標(biāo)系統(tǒng)中常用的系統(tǒng)，橫軸墨卡托投影是國(guó)際上采用的先進(jìn)投影技術(shù)。作業(yè)規(guī)范可以按照國(guó)家測(cè)繪局頒布的全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范實(shí)施操作，由于考慮到工程具體放樣，所以必須在GPS控制網(wǎng)基礎(chǔ)上對(duì)二級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行加密處理。

4 布設(shè)GPS路線平面控制網(wǎng)

布設(shè)GPS路線平面控制網(wǎng)時(shí)一定要綜合設(shè)計(jì)。如果路線較長(zhǎng)，可以根據(jù)可視距離將路線劃分為若干個(gè)投影帶。在各個(gè)分帶的交匯處布設(shè)一對(duì)通視GPS點(diǎn)，進(jìn)行選點(diǎn)操作時(shí)，可以使用點(diǎn)測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)距，減低選點(diǎn)復(fù)雜度，同時(shí)進(jìn)行二級(jí)導(dǎo)線加密，保證兩個(gè)GPS點(diǎn)之間可以進(jìn)行通視。為了將GPS控制網(wǎng)投影變形值控制在2.5 cm/km以下，可以利用公路補(bǔ)償坐標(biāo)系。進(jìn)行平差時(shí)，可以將WGS-84的系統(tǒng)邊作為起算邊，然后進(jìn)行無(wú)約束平差計(jì)算。對(duì)控制網(wǎng)自身符合精確度檢查時(shí)，基線向量不能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，同時(shí)剔除含有粗差的一邊。設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)該將其劃分為一個(gè)或者若干個(gè)獨(dú)立的管理環(huán)，而且有較多的閉合條件，GPS控制網(wǎng)由非同步GPS觀測(cè)形成多邊形閉合環(huán)或附和路線時(shí)，必須滿足以下條件：(1)四級(jí)GPS控制網(wǎng)不超過(guò)8條；(2)三級(jí)GPS網(wǎng)不超過(guò)7條；(3)二級(jí)GPS網(wǎng)不超過(guò)6條；(4)二級(jí)GPS網(wǎng)不超過(guò)8條。三級(jí)GPS 網(wǎng)采用點(diǎn)連式布網(wǎng)、鉸鏈導(dǎo)線式布網(wǎng)，同時(shí)GPS控制網(wǎng)中不包含自由基線。實(shí)施GPS控制網(wǎng)測(cè)設(shè)時(shí)，應(yīng)該將GPS控制網(wǎng)和周圍的國(guó)家平面控制網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測(cè)等級(jí)一致，聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)控制在3個(gè)之間，保證可以控制本控制網(wǎng)，而且分布均勻。具體控制網(wǎng)技術(shù)要求指標(biāo)如表1所示。

表1 GPS技術(shù)網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)

5 實(shí)例分析

5.1 工程概況

青銀高速公路石家莊段的設(shè)置線路正線長(zhǎng)度為60 km。測(cè)量區(qū)域海拔高度在35～150 m之間，比較線長(zhǎng)12 km，此段地勢(shì)平坦，交通便捷，按照控制測(cè)量1∶2 000比例對(duì)象完成測(cè)繪。該區(qū)域農(nóng)作物較多、工期短，使用傳統(tǒng)全站儀根據(jù)完成不了測(cè)量任務(wù)，所以本次使用GPS測(cè)量方法進(jìn)行控制測(cè)量工作。

5.2 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和基線解算及檢核

(1)采集數(shù)據(jù)

本次數(shù)據(jù)采集使用野外首級(jí)控制網(wǎng)Ashtech-12型雙頻GPS，利用靜態(tài)方式測(cè)量。衛(wèi)星高度角控制在15°，歷元間隔為15 s，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)大于5，PDOP數(shù)值控制網(wǎng)時(shí)段長(zhǎng)度在45 min以上，重復(fù)測(cè)站次數(shù)大于2；次級(jí)控制網(wǎng)時(shí)段長(zhǎng)度空載在35 min以上，重復(fù)測(cè)站大于1.6，根據(jù)基線實(shí)際情況調(diào)整時(shí)延觀測(cè)時(shí)間。

(2)基線解算和核檢

觀測(cè)任務(wù)完成后，必須加注基線階段軟解對(duì)GPS原始收據(jù)進(jìn)行基線驗(yàn)算，保證各個(gè)基線箱梁的基線在99%以上，而且所有基線都必須進(jìn)行固定雙差分解。

①首級(jí)控制網(wǎng)。如果有3個(gè)同步閉合差超限，必須剔除。網(wǎng)的組成及機(jī)構(gòu)必須符合規(guī)范要求，而且剔除的同步不會(huì)重復(fù)測(cè)量。其他基線向量的檢核結(jié)果如表2所示，可以將控制網(wǎng)中的各個(gè)基線指標(biāo)控制在限差之內(nèi)，然后再進(jìn)行平差計(jì)算。

表2 首級(jí)網(wǎng)基線檢核精度

②初級(jí)控制網(wǎng)。對(duì)7個(gè)初次控制網(wǎng)中的基線向量檢核可以按照如下方式操作：三邊同步閉合差的最大值為7.6mm，與相對(duì)閉合差4.1ppm，附和線路的最大閉合差是6cm，復(fù)測(cè)基線較差1.8mm，將各條基線指標(biāo)控制在一定范圍內(nèi)，然后再進(jìn)行平差計(jì)算。

5.3 對(duì)平差計(jì)算結(jié)果和精確度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)

利用TGPPS計(jì)算平差，先進(jìn)行三維無(wú)約束平差，然后再進(jìn)行二維約束平差計(jì)算。(1)首級(jí)控制網(wǎng)。平差結(jié)果顯示，基礎(chǔ)向量最大值是1mm，限差為88mm，可以確定無(wú)粗差基線向量存在。(2)次級(jí)控制網(wǎng)。七個(gè)次級(jí)控制網(wǎng)中，基線向量的最大改正值是2mm，限差是35mm，可以認(rèn)為網(wǎng)中不出現(xiàn)粗差基線向量。七個(gè)次級(jí)網(wǎng)均達(dá)到最大邊相對(duì)誤差精度要求，比點(diǎn)位中誤差小5mm，可以說(shuō)明次級(jí)網(wǎng)精確較高。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)本文分析發(fā)現(xiàn)，GPS控制網(wǎng)觀測(cè)主要進(jìn)行天線安置、觀測(cè)作業(yè)、作業(yè)成果記錄等內(nèi)容，進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員必須認(rèn)真觀測(cè)，減少工程測(cè)量存在的誤差及損失。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)眾多GPS測(cè)量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)測(cè)量工作都存在一定的誤差和錯(cuò)誤，所以在應(yīng)用先進(jìn)測(cè)量技術(shù)的同時(shí)，測(cè)量人員還應(yīng)該保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量態(tài)度，促進(jìn)高速公路線路測(cè)量的進(jìn)展。

[1] 梁建昌;李衛(wèi)國(guó).GPS在青銀高速公路線路控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2014,(5).

[2] 肖琦.淺談GPS在公路線路控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].林業(yè)勘察設(shè)計(jì),2012，(6).

[3] 劉強(qiáng).淺談GPS在高速公路應(yīng)用中的高程控制測(cè)量[J].焦作大學(xué)學(xué)報(bào),2014，(3).

2017-04-22

賈俊力(1984-)，男，山東茌平人，工程師，研究方向：高速公路建設(shè)。

U412

C

1008-3383(2017)02-0016-02