浅谈GPS在公路工程测量中的应用

【摘要】本文通过GPS测量技术的特点，结合在公路工程测量方面的综合应用，提供精度定位、观测时间短、操作简便以及三维坐标等主要技术特点，综合阐述个人的观点和使用技术参考。

【关键词】GPS测量；定位；高程；导线

【Abstract】GPS measurement technology characteristics， combined with the comprehensive application of measurement in highway engineering， precision positioning， observation time is short， easy to operate， as well as three-dimensional coordinates of the main technical characteristics， integrated express their personal views and use of technical reference.

【Key words】GPS measurements；Positioning；Elevation；Wire

1. GPS测量的特点

相对于以往的测量学来说，GPS测量主要有以下特点：

（1）测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。

（2）定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。

（3）观测时间短。在小于20Km的基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。

（4）提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

（5）操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

（6）全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

2. GPS测量在公路测量中的应用实例

2.1常规测量方法的缺陷。

（1）规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。

（2）地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求布设在距路线300m范围内。

（3）长大隧道及特大桥的控制网高精度及与路线网的低精度衔接，虽说用平差方法可以得到克服，但由于地形条件困难，其联结的测量工作量很大，且不太方便。实际工作中，构造物的控制测量与路线的控制测量经常出现脱节现象。

利用GPS测量能克服上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了高等级公路测设质量。

2.2GPS用于大桥控制测量。

泗洪濉河大桥是连结S121省道和泗洪县主干道的公路大桥。为便于大桥设计和施工，采用GPS对首选方案桥位进行Ⅲ等平面控制测量。布网设计方案为双大地四边形。垂直于河道的长边约为800m，平行于江面的短边约为300m。

经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.66cm，最弱边长相对中误差1/125000，满足了Ⅲ等平面控制测量的精度要求。

2.3GPS测量用于导线控制测量。

宿迁泗洪县洪泽湖湿地公园旅游大道（全长23KM）地处南暖温带与北亚热带的过渡地带，地势平坦，最大相对高差约6m，境内村庄较多。植被多为小麦及田间行树。公路及机耕道密集。

采用两台Wild 200 GPS接收机进行导线测量，作业方式采用点连接方式，两台接收机同时作业。

在GPS观测之前，已作高精度红外导线测量（EDM）和水准测量。

下面列出同时施测GPS和常规测量的23Km的比较结果。GPS测量观测时段7.5min。将GPS测量结果与红外仪导线平差结果比较，得到较差中误差mx=±0.057m，my=±0.049m，点位中误差为±0.075m。

将GPS测量结果与精密水准测量结果比较，得到高程中误差为±0.049m。

通过实际测量可看出：

（1）GPS观测时间为7.5min，与常规红外仪测量相比，时间缩短了约20min，效率为4倍；与全站仪测量相比，时间缩短约8min，效率为2倍。

（2）GPS导线测量可靠性好，平面精度和高程精度均能满足高速公路测设的要求。

2.4GPS测量用于高程控制测量的尝试。

高程测量中通常应用的高程系统主要有大地高程系统、正常高系统和正高系统。大地高程系统是以椭球面为基准的高程系统。正高系统是以大地水准面为基准的高程系统。由于正高实际上是无法严格确定的，为实用上的方便，通常采用根据以往的理论建立的正常高系统。

GPS测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高。

由成果可知，只要点位分布均匀，密度适中，将精密水准资料与GPS测量资料相结合，能够得到高精度的高程测量结果。

3. 结论与展望

从GPS测量中，得出如下体会：

（1）GPS作业有着极高的精度。它的作业不受距离限制，非常适合于国家大地点破坏严重地区、地形条件困难地区、局部重点工程地区等。

（2）GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。

（3）GPSRTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。

（4）GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。

（5）GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。

4. 结论

将GPS应用于公路建设，给传统的公路勘测作业方式带来了巨大冲击，使公路测设水平显著提高。特别是GPS实时动态定位技术（RTK）应用于道路地形测绘、定线测量、施工放样测量等工作可达到厘米级的精度，可方便地进行数据的储存传输，实现与路线CAD的集成。无论在公路勘察设计单位还是公路施工单位均具有重要的应用，而具备RTK功能的GPS接收机价格昂贵，所以在道路建设施工单位推广应用目前有一定难度。但是，由于一个RTK基准站可以与许多流动接收机配合使用，如果加高基准站天线和加大电台功率，数据通信范围可达几十至上百公里，所以在高等级公路建设中，公路勘察设计部门和施工单位可共同设立RTK系统，实现资源共享，每个合同段的施工单位只需购置RTK流动设备即可，这样不仅能节约投资，还能加快工程进度。

[文章编号]1619-2737（2015）01-22-553

[作者简介] 郭勇涛（1981.10-），男，汉，籍贯：黑龙江宝清人，江苏省泗洪县交通局副局长，从事公路工程建设管理工作。