GPS技术在公路测量中的应用分析

杨明

摘 要：公路项目规划阶段，GPS技术用于测量规划具有实践性意义。为了摆脱传统技术应用的不足，设定信息化控制模式是不可缺少的。目前，公路测量操作模式不科学，技术应用不先进等问题，导致测量操作体系失去了科学性。GPS技术是公路结构分析的重要平台，对其进行优化设计实现了资源数据的综合利用，为公路分析及工程改造创造了有利条件。本文笔者根据工作实践经验对GPS技术在公路测量中的应用进行了分析探讨。

关键词：GPS技术；公路测量；应用

1 GPS技术概述

在应用过程中，GPS的接收装置能够通过测量无线电的传输时间，确定传输距离从而确定位置。一般应用于全球卫星定位系统的GPS包括两个形式：一是全球化的高精度GPS网，主要是应用科研。二是RTK定位和差分GPS定位，能够应用于地理测绘。其中RTK定位是一种利用载波相位观测的实时动态定位技术，能够有效提高定位的精确性。而差分GPS定位是一种通过基准站进行分转、修改、定位的定位方式。而在公路测量中，常规公路的测量方法是相对测定定位法。其应用原理是采用载波相位测量局域差分法、接收机和卫星观测历元之间求二次差两种差分计算出基线长度。从算法模型角度来分，公路测量包括静态作业模式、快速静态作业模式以及PTK作业模式等。其中静态作业模式适用于高精度的大坝、地壳等变形观测中，同时还能够用于建立公路首级控制网。快速静态作业模式具有精度高、效率高的特点，其精度能够达到厘米级，主要适用于公路工程测量。

2 GPS技术在公路测量中的应用

2.1 静态GPS测量技术

在公路测量中，应用静态GPS测量技术主要是利用GPS接收机进行定位测量。在测量过程中会认定GPS接收机天线的位置是静止的。这样在进行数据处理时，就会将接收机天线位置当做一个定量，从而通过观测卫星接收数据变化求解点坐标。静态GPS测量技术在公路测量中的应用有以下步骤：点选址的初步勘察、点控制网的设计、选点和埋石、架设GPS观测、数据的处理、控制网进行加密以及导线点坐标及平差计算。在接到测量任务后，工作人员应当先对公路的线路进行勘察，并选择点位置从而确定GPS点便于后期观测；而后布设控制网。工作应当依据公路等级、沿线地形、精度要求等条件综合设计控制网。由于GPS控制网作为公路首级控制网时需要进行加密，因而可以在线路两侧预设一对相互通视的GPS点；接下来，工作人员应当根据设计要求选择GPS点，尽可能确保选择的GPS点能实现测量方法的拓展；然后在架设GPS时应当根据有关要求，比如在外业的观测中规定观测时间不得少于0.5h，有效观测卫星数不少于4个，这样才能保证观测结果的准确性；得到观测数据后，工作人员就可以利用先进的数据处理软件进行数据处理和分析。通常该过程中分为基线解算和检验、GPS控制网平差计算两个部分；之后就需要对GPS控制网进行加密。可以利用全站仪测量附和导线的方法达到加密的目的，其主要加密方法是先将GPS线路分成若干段，对每个独立段进行附和导线测量；最后进行点坐标和平差的计算。常见的计算方法包括边长观测法、平差结果直观法、F检验法和同名基线分析法。当起算点较少时易选用平差结果直观法。反之则选择F检验法。如果想得到最精确的实验结果则应选择边长观测法。总之，测量人员应该根据实际的工程环境选择合适的分析方法。

2.2 RTK技术在公路测量中的应用

实时动态（RTK）定位技术是一种载波相位差分技術，能够实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。与其他定位技术相比，RTK技术的精度更高、自动化程度也更高、数据处理简便、易操作等优点。通常RTK系统包括基准站接收机、数据链、移动接收机三个部分。其主要工作原理是取精度较高的首级控制点作为基准点，然后利用基准站接收机对基准站进行数据监测，而后计算机软件就会按照相应的算法，计算出点的三维坐标。这种实时动态定位方式能够确保观测者及时得到观测结果，大大提高了公路测量工作效率。另外，RTK技术能够引用在公路测量的各个工作环节中，比如勘测阶段的中桩测量等工作中。据有关数据表明，RTK技术的测量精度可达到10～30mm，这是其它测量技术无法达到的。最重要的是将RTK技术应用在公路测量中能够有效缩短工作周期。相比于静态定位技术，动态RTK技术的应用更加广泛。在公路测量工作中，工作人员应当根据实际需求选择合理的定位方法，从而保证公路测量工作的质量。

2.3 控制网建立

根据公路测量标准：每0.5～1km间设一控制点，其等级依公路等级而定。同时要求高速公路的控制等级为一级小三角或一级导线。为此，在控制公路等级时应当保证首级控制网的等级在四等以上。同时，按照5～10km的距离频段进行公路首级控制网的控制，从而方便后期的控制加密。控制网在公路测量中的应用体现在五个方面：①当进行公路航测试时需要有控制依据，这样才能够控制航测的方向和行驶范围。②如果采用选定一种定位方法后，再选择其它方法测图，则可以通过控制网的首级控制和图根控制控制定位方法。③在公路测量的勘测阶段，以GPS控制网为基础能够快速进行放线，从而提高测量精度。④在施工阶段，工作人员还可以根据工程需求对GPS控制网进行实地放线、构造物放样的控制，从而确保施工质量。⑤在公路改造过程中，利用GPS控制网能够得到有效的参数数据，保证公路改造的质量。控制网是GPS技术在公路测量工作应用必不可少的一部分。工作人员应当采取合理的措施提高控制网的精确度，使其真正助力于公路测量工作。

2.4 GPS技术在公路测量工作中的应用前景

随着我国经济的发展，公路行业的发展也越来越迅速。同时高等级、高质量的公路数量和建设规模也在逐渐增大。这也给公路勘测工作提出了更高的要求。科学技术的完善使得公路勘测工作更加成熟、完善。比如硬件设备的产生、新兴软件的研发已经大大提高了公路测量工作的准确性和精度性。有些软件还能够应用在勘测、设计、施工的公路工程全过程数据管理中。而GPS技术具有测量时间短、精确提供三维坐标、适应性强、精度高等特点，已经广泛应用在公路测量工作中。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展形势下，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性全天候连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。其定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力更是受到公路测量工作者的关注。相信随着我国信息技术、智能技术、大数据等技术的发展，GPS在公路测量中的发展前景会更加广阔。

3 结语

综上所述，在公路测量中应用GPS技术，既能保证公路测量的质量，也能推动我国公路测量行业的进一步发展。目前GPS技术在公路测量中的应用实践已经得到了业界人士的认可。加大GPS技术在公路测量中的应用研究也是时代发展的必然。

参考文献：

[1] 彭亚军，李国洋.GPS控制测量在汕湛高速公路勘测定界中的应用研究[J].河南科技，2015（24）.

[2] 樊秀华.GPS在公路工程控制测量中的应用[J].中小企业管理与科技，2014（6）.