GPS在道路工程控制測量中的應用

張 正 周

(忻州廣遠公路勘察設計院,山西 忻州 034000)

隨著科技的進步，社會的不斷發展，GPS的測量系統得到了廣泛的應用，它是由空間部分、控制部分和用戶部分三個部分組成。其中空間部分是由GPS26顆衛星星座的構成所組成，起到發送定位信息的作用；控制部分主要包括主控制、注入站和監測站三個部分，起到收集、匯總各個監測站的數據，編制導航的數據電文，向衛星發送控制指令，監控衛星的工作狀態，維護和處理衛星的異常情況。

1 GPS測量的原理及道路工程控制測量的任務

通常在道路工程實際使用及接觸的是用戶部分，主要為接收機，用于接收衛星的信號，以GPS衛星與地面用戶的接收機天線之間的幾何距離為基礎，形成坐標系統及距離數據，根據相應的數據分析，最終形成道路工程的測量成果。

GPS的定位比較準確，操作簡單，通視效果良好，在道路工程控制測量中，運用GPS系統可以進行大比例尺地形圖的繪制、靜態測量、動態測量、縱橫斷面的放樣及土石方的測量計算、道路選線及中線放樣等的測量工作，極大的降低了人員的勞動強度，提高了工作效率，服務于施工一線。

2 GPS在道路工程控制測量中的應用

2.1 基準站的設置

基準站的設置應選擇在周圍地形的空曠帶，周邊無高大的建筑物，盡量避開高壓線、無線電站、變壓器等有線、無線的位置；地基要選擇在堅固牢靠的平坦區域，必要時采用鋼筋混凝土或灰土對地基進行處理，防止大風的吹動，影響GPS的觀察數據。

基準站的設置包括的方法很多，主要有:

1)任意點設定法，此方法的設置比較簡單，通過已知點或未知點在測區內任意設置基準站。優點為基準站的位置選擇空間比較大，在施工現場容易設置；缺點為在后續測量中數據的轉換比較復雜，為測量增加了工作量。

2)內業解算坐標轉換參數法，此方法主要是先在內業做好準備工作，然后通過GPS的強大功能計算出轉換參數，便可進行下階段的施工。優點為操作比較簡單，不需要實地聯測進行匹配便可進行操作；缺點為：基準站距離流動站較遠時或周圍具有高建筑、視野不開曠時，信號不夠穩定，需要重新選擇地方。

3)已知點校正基準站法，此方法主要通過內業及GPS計算出的參數，對基準站進行校正。優點為：方法比較簡單，應用靈活；缺點為：對基準站假設的位置要求比較高，必須選擇在地勢比較空曠，視野良好的信號好的地方。通過各方法的對比，選擇適合的測量工作，基準站的設置是下階段GPS測量的準備工作。

2.2 大比例尺地形圖的繪制

道路工程中的選線，通過傳統的方法，繪制大比例尺(一般為1∶2 000或1∶1 000)的帶狀地形圖，首先要建立測量控制網，再進行碎部的測量，然后繪制成大比例尺的地形圖，工作量比較大，且速度較慢，周期較長。采用GPS的動態測量，對數據進行分解，直接輸入分解的坐標和屬性的信息，在室內通過繪圖軟件便可以繪制成圖，速度比較快，容易掌握，施工效率會得到極大的提高。

2.3 靜態測量

在道路工程施工中，靜態測量常用于大型的建筑物，對特大型橋梁、隧道和互通式立交等進行控制，采用GPS的定位測量，精度比較準確，能夠實時獲取數據，測量簡便易行，當達到規定的精度要求后，停止測量。由于測量不要求通視，用GPS建立的控制網，效率得到提高，操作簡單易行。

2.4 動態測量

運用GPS動態的測量控制，對點、線、面以及坡度等進行放樣，有良好的硬件和極其豐富的軟件，放樣比較方便、快捷，精度要求一般能達到厘米級(根據目前市場的GPS系統RTK的說明，最小可達到毫米級)，隨著科技的不斷進步，技術的不斷完善，更加充分體現GPS技術的高精度及高效益，在道路工程的建設與發展中將起到更大的作用。在綜合考慮GPS基準站的數據基礎上，通過對測量對象和采樣點基準位置的確定，動態控制測量在道路工程的前景比較廣泛。

2.5 縱橫斷面的放樣及土石方的測量計算

道路縱橫斷面的放線，即對中線位置的確定，利用GPS的動態測量進行放樣，并通過繪圖軟件，確定路線的縱橫斷面。在測繪地形圖時，對測量數據進行采集，當進行戶外測量作業時，由于提前的工作已經到位，戶外的作業工作量減少，就可以不到現場進行縱橫斷面的測量，大大地降低了工作的勞動強度，比傳統的方法，在精度、經濟、實用等各個方面優勢明顯。

運用GPS系統，進行土石方的測量計算，在RTK的軟件中，找到“方格網法土方計算”的菜單，把需要計算的土方范圍圈起來，封閉成環，根據DAT文件，輸入開挖之后的實際底標，確定之后，通過系統自動計算，將畫好的方格和計算表顯示在屏幕上，確定最終的土方工程量。經過實際的測量，GPS技術的應用極大地提高了縱橫斷面的測量精度，對不規格土石方的測量提供了堅實的科學依據，為解決工程結算中土石方工程量最大的爭議，提供了有力的保證。

2.6 道路選線及中線放樣

道路的施工，需要對設計圖紙中的道路中線和線型進行放樣，通過GPS的RTK測量系統，對需要的中線樁位坐標，直接輸入RTK電子平臺中，經過系統軟件的獨立計算，直接放樣在要施工的道路上；由于每個測點都是獨立的，不會產生累計誤差；對直線、緩和曲線、圓曲線的放樣，在儀器當中輸入主控點位的樁號，然后輸入起終點的方位角、直線段與緩和曲線的距離、圓曲線的半徑，通過RTK電子平臺完成，直接放樣在道路中；在直線段、曲線段需要加樁段落，通過GPS的RTK完成。

3 GPS數據的采集與處理

每臺GPS主機都配備USB連接接口或藍牙功能，通過USB接口或藍牙功能與計算機相連，保證數據的傳輸工作。在計算機中，對需要的GPS數據進行整理與修正，達到需要的控制測量成果，完成數據的采集，資料的整理工作。

4 結語

目前GPS在道路工程控制測量中得到了廣泛的應用，是具有常規的水準儀、經緯儀、全站儀等測量儀器無法比擬的優點，科學、合理地運用到施工一線，對提高工作效率，加快施工進度，保證工程質量起到了至關重要的作用。同時，GPS系統還有很多未被發掘的潛能，有待更多的學者做進一步的研究與探索。