GPS在高速公路工程测量中的实际应用

刘晓东 章颖

【摘要】GPS技术具有定位精度高、观测时间短以及自动化程度高等优点，解决了高速公路测量过程中基线过长和地形复杂等难题，已经开始逐渐运用到高速公路工程测量之中，这对我国的高速公路网络建设起到了极大的推动作用。本文简要概述了GPS的原理及特点，分析了GPS在高速公路工程测量中的实际应用，希望对我国高速公路工程测量有所借鉴和帮助。

【关键词】GPS；高速公路；工程测量；实际应用

随着我国高速公路建设的不断升级，工程测量精密程度的高低直接决定工程质量的好坏，由于测量线路过长和山区地形复杂等因素，传统的测量方法大都难以胜任高效率的测量工作，已经逐渐开始被自动化的GPS技术取代。GPS技术以其精度高、适应性广泛和方便快捷等优点，极大地优化了测量结果，为高速公路建设提供了准确的测绘资料，成为了当前高速公路工程测量的首要选择。

一.GPS技术的原理和特点

随着信息科技的迅猛发展，GPS全球定位系统技术已经日趋成熟，广泛应用于地形测量、工程测量、定位导航等众多领域，其应用原理和技术特点大致如下：

（一）GPS技术原理

随着1994年24颗GPS卫星地部署完成，GPS覆盖了地球98%的区域空间，从而为全球用户提供低成本、高精度的三维坐标和实时动态信息。GPS定位原理是通过测量用户接收机与多颗已知位置卫星之间的距离，另外由于接收机上的时间与卫星星载的时间并不完全同步，所以除了用户坐标的x轴、y轴和z轴之外还要引入另一个变量ΔT，即接收机与卫星的时间差，然后根据至少四颗卫星传送回来的位置数据，构建一个四元一次方程组，最后专业的卫星数据处理软件进行计算分析，从而确定接收机的位置，最终获取测量点的位置坐标，显然位置数据越多方程的解就越接近真实值，精密程度越高。

（二）GPS测量技术的特点

GPS测量技术拥有高精度性、自动化程度高以及实时全天候作业等优点，取代了强度大、效率低、周期长的传统人工测量技术，不仅满足了高速公路建设的要求，而且保证了建设工程的施工质量，总体来说，GPS测量技术具备以下几个特点：（1）高精度性，一般来说双频GPS接收机的基线精密度能够达到5mm+1ppm级别，这与红外测量仪的精度差不多，然而随着测量距离的不断延伸，GPS测量性能已经完全超越了红外测量仪。据多项实验报告显示，GPS定位系统在50km以内的基线测量过程中，其精度值能够达到1.2×10-5，在100-150km之间的基线测量中，其精度值能够达到10-6—10-7左右。（2）自动化程度高，在实际测量当中，测量人员只需将接收器对准某一方位，开启电源，监视仪器的工作状态，利用相关的数据软件处理接受的信息，即可得到测量点的坐标，上述的操作步骤简单快捷，且相关设备也日趋小型化、輕便化，GPS高自动化的操作排除了许多人为因素产生的误差影响，使得测量结果更加接近真实值。（3）全天候作业，GPS测量技术一般不受区域、时间和天气的影响，无论任何地形环境、任何时间和任意天气，都可以进行自动化精密测量，这是其他测量技术无法比拟的[1]。

二.GPS技术在高速公路工程测量中的实际应用

高速公路通常会跨越山区丘陵，地质情况复杂，并且路程较长，曲折度高、路面宽度窄，这往往就对测量精度提出了较高的要求，因此在高速公路测量之中常常选用GPS技术，其在高速公路工程测量中的应用大体上分为三个步骤，选点布网、外业观测和数据处理。

（一）选点布网

选点布网是GPS在高速公路工程测量中的基础，也是其核心步骤[2]。该步骤具有一定的复杂性和可变性，并且细节要求非常高，一般来说，测量点的选取并不是固定的，而是依据实际勘测的结果，再加上事先搜集的理论数据，从而确定一个个测量点，最终形成网络。总体来说，测量点的选取一般需要符合以下几条原则：第一、测量点的选取一定要注意其周围位置的地理环境，确保测量仪器能够在该区域稳定牢靠地摆放，应当尽量避免斜坡、淤泥和土质风华严重的区域。第二、测量点应当选在视野相对比较开阔的区域，通视方向至少两个及以上，同时还需避免天空出现大范围的障碍物，这样可以将GPS技术同传统测量技术相结合，从而进一步提高测量精确度。第三、在一些比较特殊的工程建筑区域内，定点布网时需要特别注意，例如隧道、桥梁等，这些路段的除了原本的测量点之外，还需增设额外的网点，保证这些特殊工程建造的准确性和质量。

（二）外业观测

外业观测是在确立测量点的基础上利用仪器设备进行GPS卫星定位，常用的观测方式大致分为两种：一种是卫星定位，另一种是实地放样。卫星定位是利用GPS接收器接收卫星发射回来的信息，再根据相关的软件程序进行计算分析，从而确定待测点的三维坐标，实地放样就是利用GPS卫星系统将各个测量点实时的放样到地面之上。显而易见，卫星定位的准确性远远高于实地放样，通常情况下外业观测都是指卫星定位，在定位的过程中天线的放置移动要平稳，不能够出现晃动，待安置完成之后，正常打开机器就能够接收卫星信号，然后将得到的数据进行储存。

（三）数据处理

数据处理的对象是经过外业观测所得到的卫星数据，由于该信号数据的数量十分庞大，计算过程特别繁杂，通过人力进行计算处理是难以完成的，这往往需要借助于专业的电子计算机软件进行数据处理和分析。在数据处理分析之前，首先要检查所采用的数据软件是否需要具备检校闭合差、基线向量等功能，从而能够保证后续处理的精确程度，使得网平差和坐标转换等步骤不会存在较大的误差；然后再讲外业观测的数据传输至计算软件中，通过计算机软件的高速运算直接分析处理相关的信息数据，最终得到接近真实的三维坐标点，也就是高速公路测量点所需要的最终数据结果。

总而言之，GPS技术具有很多优良的性质，完全颠覆了传统的人工测量的理念，并在高速工程测量中得到了广泛应用，这对于工程的测量的精确度和质量都起到了很大的提升作用，因此如何不断优化完善GPS技术使其能够更大限度地应用到工程建设的众多领域将成为今后GPS技术在工程测量中的发展趋势。

参考文献：

[1]刘娟. GPS在公路测量中的应用[J]. 西部交通科技，2006（03）

[2]李伟. 浅析GPS在公路测量中的应用[J]. 科技资讯，2013（05）