GPS技術(shù)在公路測量工程中的應(yīng)用研究

摘要：全球定位系統(tǒng)（Global"Positioning"System，GPS）技術(shù)作為一項先進的測繪技術(shù)，在公路測繪領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的測量技術(shù)，GPS技術(shù)在全球性和全天候方面有著更高的精度性能。基于實際工程案例，依托古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交項目，對GPS技術(shù)的應(yīng)用原理、特點優(yōu)勢及其在項目中的應(yīng)用進行分析探討，最后結(jié)果可以為類似工程提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng)技術(shù)"公路"測量工程"實時動態(tài)技術(shù)

中圖分類號：P236""文獻標識碼：A

Application"Research"of"GPS"Technology"in"Highway"Survey"Engineering

WEN"Ke

The"Third"Engineering"Co.，"Ltd.，"China"Railway"23rd"Bureau"Group"Corporation"Limited，"Chengdu，"Sichuan"Province，"611130"China

Abstract："As"an"advanced"surveying"and"mapping"technology，"Global"Positioning"System（GPS）"technology"has"a"wide"range"of"applications"in"the"field"of"highway"surveying."Compared"with"traditional"measurement"technologies，"GPS"technology"has"higher"precision"performance"in"the"global"and"all-weather"aspects."Based"on"actual"engineering"cases，relying"on"Gushen"Highway"and"Guzhen"Express"Interchange"project，"this"paper"analyzes"and"discusses"the"application"principle，"characteristics"and"advantages"of"GPS"technology"and"its"application"in"the"project，"and"the"final"results"can"provide"reference"for"similar"projects.

Key"Words："GPS"technology;"Highways;"Surveying"engineering;"Real"time"dynamic"technology

公路作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其建設(shè)質(zhì)量和效率直接關(guān)系到國家經(jīng)濟的發(fā)展和民眾出行的便捷性。在公路的規(guī)劃與建設(shè)過程中，精確的測量工作是確保工程質(zhì)量與安全的基礎(chǔ)。雖然全站儀、水準儀等傳統(tǒng)測量方法在一定程度上滿足了測量需求，但受限于作業(yè)環(huán)境、人力成本、測量精度等因素，已難以滿足現(xiàn)代公路建設(shè)對高效率、高精度測量的要求。在此背景下，全球定位系統(tǒng)（Global"Positioning"System，GPS）技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸成為公路測量工程中的主流技術(shù)手段。本文以古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交工程項目為例，旨在深入探討GPS技術(shù)在該項目工程中的具體應(yīng)用，分析其對提升測量效率與質(zhì)量的影響，以期為相關(guān)領(lǐng)域的實踐提供理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

1"工程項目概述

本文以古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交工程項目為例，項目改造是在既有菱形互通的基礎(chǔ)上改造為鄰角苜蓿葉樞紐互通，互通區(qū)匝道設(shè)計全長7"444.31"m，其中匝道橋梁長度為2034.3"m（4座），設(shè)置鋼筋砼箱涵2道[1]。古神公路改造范圍為K4+430～K5+711，改造長度為1"281"m，古鎮(zhèn)快線改造范圍為K2+000～K4+520，改造長度為2"520"m。新建向陽二路全長680"m（含平交范圍）。古神公路：采用設(shè)計速度60"km/h路基寬25.5m雙向四車道一級公路標準。

2"GPS測量原理

GPS系統(tǒng)是一種高度精密且廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其基本原理采用的是距離交會法。該方法涉及在需要確定位置的目標點P上架設(shè)1臺GPS接收機，當處于工作狀態(tài)時，這臺接收機能夠在某一特定時刻t，同時接收到來自3顆或更多（如A、B、C等）GPS衛(wèi)星所發(fā)射的導(dǎo)航電文。這些導(dǎo)航電文中包含了衛(wèi)星的軌道參數(shù)、時間標記等關(guān)鍵信息，是后續(xù)數(shù)據(jù)處理與計算的基礎(chǔ)。

與此同時，GPS接收機還能夠通過接收并解碼衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，獲取到這些衛(wèi)星在某一特定時刻t時，在空間中的精確三維坐標，衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運動軌跡的詳細數(shù)據(jù)表，包含了衛(wèi)星在各個時間點的位置信息，是求解地面點P三維坐標的關(guān)鍵依據(jù)。在獲得了上述所有必要數(shù)據(jù)后，GPS系統(tǒng)便可以利用距離交會的方法，即根據(jù)多個已知點到同一未知點的距離來確定該未知點的位置，來求解出目標點P的三維坐標（Xp，Yp，Zp）。這一計算過程涉及復(fù)雜的幾何解算和誤差校正，以確保最終得到的坐標值具有高度的準確性和可靠性，其對應(yīng)的數(shù)學公式如下：

式（1）中，其中（XA，YA，ZA），（XB，YB，ZB），（XC，YC，ZC）分別是指衛(wèi)星A，B，C在時刻t的空間直角坐標。而在GPS測量中，通常采用兩類型坐標系統(tǒng)，一種是空間固定坐標系統(tǒng)，另外一種是與地球相關(guān)聯(lián)的坐標系統(tǒng)，以便于更好地表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，并在公路測量工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

3"GPS技術(shù)在項目測量中的具體應(yīng)用

3.1"勘測階段

在古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交工程項目的勘測階段，首要步驟是進行周密的控制測量工作，勘測階段的核心任務(wù)是根據(jù)古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交工程項目規(guī)劃的基本走向，科學合理地布設(shè)一系列控制點[2]。傳統(tǒng)的路線控制測量多采用導(dǎo)線法，但隨著科技的進步，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)以獨特的優(yōu)勢逐漸取代了傳統(tǒng)方法。GPS定位技術(shù)以卓越的定位精度，確保了控制點坐標的準確性，這些數(shù)據(jù)不僅精度高、可靠性強，而且具有統(tǒng)一的標準，為后續(xù)的地形圖測繪、路線設(shè)計、施工放樣等工作提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐。

3.2""RTK技術(shù)

實時動態(tài)（Real-Time"Kinematic，RTK）技術(shù)是一種基于載波相位觀測量的實時差分測量技術(shù)，這項技術(shù)通過巧妙地整合兩臺GPS接收機與一套無線數(shù)字通信系統(tǒng)，成功地將原本相對獨立的GPS信號接收系統(tǒng)連接為一個協(xié)同工作的整體[3]。圖1所示為GPS-RTK系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程示意圖。

RTK技術(shù)的核心原理是通過設(shè)置出精度更高的首要控制點，即GPS接收機后，隨后所有可見衛(wèi)星進行施工路段的連續(xù)觀察。并將衛(wèi)星觀測的這些數(shù)據(jù)通過發(fā)射臺的方式發(fā)送到流動觀測站，而流動觀測站則使用另外一臺GPS接收機接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，隨后將接收到的數(shù)據(jù)進行匯總分析。

4"RTK技術(shù)在項目中的應(yīng)用

4.1公路線路勘察設(shè)計

在古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交工程項目線路勘察設(shè)計中，利用車載GPS-RTK接收機作為流動站，沿著預(yù)設(shè)的路線中線方向，按照一定間隔距離采集地形數(shù)據(jù)[4]。為了確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，通常會在路線附近選擇已知且精度較高的點作為參考站，用于校正和增強流動站的觀測數(shù)據(jù)。當完成數(shù)據(jù)采集后，將這些原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機中，借助專業(yè)的GPS或道路設(shè)計軟件，從而輕松地在計算機屏幕上進行路線的規(guī)劃和優(yōu)化。

4.2"繪制公路大比例尺寸圖

在項目選線中，往往是在比例尺相對較大的地形圖上進行。RTK技術(shù)能夠極大地簡化傳統(tǒng)測量中的復(fù)雜步驟，應(yīng)用RTK技術(shù)時，測量人員只需沿著工程預(yù)設(shè)路線，在關(guān)鍵控制點獲取精確坐標和高程信息以此作為后續(xù)設(shè)計和施工的基礎(chǔ)[5]。此外，RTK技術(shù)還具備強大的數(shù)據(jù)采集和處理能力，在測量中，測量人員可以根據(jù)每個點的特征，為其分配相應(yīng)的編碼和屬性信息，如地物類型、地貌特征等，這些信息與點的坐標和高程數(shù)據(jù)一起，構(gòu)成了完整的測量數(shù)據(jù)集。

4.3"RTK技術(shù)對公路中線測量

使用RTK技術(shù)對古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交工程項目的中線進行測量時，可以根據(jù)本項目工程的實際情況對公路路線控制點的相關(guān)位置架設(shè)GPS接收機，并將這些接收機作為其基準站。隨后，沿著本項目工程的預(yù)設(shè)路線對其進點位測設(shè)的過程中，還需要同時對其進行打樁作業(yè)，此時，流動站與基準站之間通過無線通訊實時傳輸數(shù)據(jù)，能夠確保測量的實時性和準確性。為了精確計算路線中樁的設(shè)計坐標，根據(jù)所設(shè)計的路線參數(shù)，借助專業(yè)的路線計算程序和GPS配套的電子手簿進行精密計算，這些程序和軟件具備強大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠根據(jù)輸入的路線參數(shù)迅速生成中樁的設(shè)計坐標，為后續(xù)的測量工作提供了堅實的理論基礎(chǔ)。而在對應(yīng)的流動站進行測設(shè)操作時，通常只需要對電子手薄中輸入測設(shè)的參考坐標號，然后根據(jù)設(shè)備屏幕所顯示的指引方向移動桿位到指定方向，確保桿位和屏幕顯示位置完全重合即可。需要注意的是，RTK技術(shù)在進行中樁測設(shè)時，每個點的測設(shè)都是獨立完成的，因此，在測量過程中不會產(chǎn)生累計誤差，有助于確保整條路線測量的高精度和一致性。

4.4"RTK技術(shù)在公路中的精準測量

RTK放樣結(jié)果的精度除了基準站點位精度核心要素外，還受到模糊度解算誤差、坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差等多種因素的影響。這些誤差源可能單獨作用，也可能相互疊加，共同對RTK放樣結(jié)果的精度產(chǎn)生影響[6]。為了確保放樣結(jié)果的準確性和可靠性，可以在流動站進行放樣施測的同時，對沿線的已知GPS控制點進行了詳盡的比對和驗證，而對沿線的已知GPS控制點進行對比，可以得到如表1所示的全站儀與RTK同樁坐標對比表。

5"結(jié)語

GPS技術(shù)在公路測量工程中的應(yīng)用，不僅極大地提高了測量的精度和效率，還顯著降低了人力成本和時間成本，為公路的快速、高質(zhì)量建設(shè)提供了強有力的技術(shù)支持。隨著技術(shù)的不斷進步，特別是RTK技術(shù)、多星座多頻率全氣哭導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，因此，GPS技術(shù)在古神公路與古鎮(zhèn)快線互通立交工程項目公路測量領(lǐng)域的潛力將得到進一步挖掘。未來，面對復(fù)雜多變的測量環(huán)境，需要不斷地優(yōu)化GPS測量策略，提升數(shù)據(jù)處理能力，以應(yīng)對公路建設(shè)中的新挑戰(zhàn)。

參考文獻

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