GNSS技术在公路测量中的应用

陈贺

中国葛洲坝集团路桥工程有限公司 湖北 宜昌 443000

引言

传统公路测量技术容易受到外界因素的限制，我国地大物博，跨度大的高速公路分布面积广，区域位置所处不同，对于设计需求和检测标准，各种公路要求不一。丘陵地区因地形复杂、气候环境不同，公路检测方案测量精度较低，实施难度较高，难以满足不断提高的测量要求。近几年来，社会经济发展十分迅速，GNSS精密定位技术因此被广泛运用。GNSS技术的精确程度较高，可以优化静态相对定位的准确度，甚至可以达到亚毫米级的精确度。该技术在定位动态位置方面具有较大突破，符合多种类型公路的测量要求。在公路测量工程中使用GNSS技术可以提高工作效率，减少整体任务量，节约工程成本投入，加快公路测量技术发展脚步。

1 公路施工测量的重要性

施工测量技术是提高公路工程建设准确性的关键方法，通过运用测量技术能够将实际施工中数据准确性提高，为公路建设奠定坚实的数据基础，有助于其他管理工作的开展。公路的测量工作是公路建设中最为重要的一部分，因此，施工人员需要结合实际情况来进行测量。在实际的公路测量过程中，受公路的地势、地形影响，需要采用专业的工具来进行测量。测量前，需要对周边的环境进行勘探，检测周边环境是否有利于检测，是否是崎岖的，公路测量需要在平稳的地面上进行，同时，还需要对周边地区的地质进行检测，通过检测，了解到施工场地的地质状况，对地质状况进行分析，检测是否有助于测量工作的开展。测量时，需要有专业的工作人员进行操作，并且还需要保障测量工具的准确性，提高数据的精准度。测量结束后还需要对测量结果进行复盘，仔细检测测量结果，工作人员根据测量结果能够明确工程施工范围，合理选用施工技术，合理调节设计施工方案。所有的工程建设都需要强有力的管理，高效的管理能够提升工程建设的效率、进度、质量等，能够明确划分工作人员的工作职责，有助于工程高效完工，达到节约成本的效果。公路工程建设也不例外，在建设过程中需要做好施工方案和施工流程的确定，将工程建设目标落实。而各项工作开展需要相关数据支撑，只有各项数据准确可靠才能保证有条不紊地开展施工作业，才能高质量地开展管理工作。施工测量可以得到实际工程项目的准确数据，为工作人员优化项目施工方案和管理方案提供数据基础。为了保证数据准确、可靠、及时，施工企业应当加强构建完善的公路施工测量技术流程和控制体系，将各个人员的职责明确，确保测量工作能够落实到人。可以设置分级控制制度，加强测量工作的管控，确保测量技术的落实[1]。

2 GNSS技术原理及特点

2.1 GNSS技术

GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写，GNSS实际上是一种定位技术，GNSS与GPS不一样，主要是指GNSS在范围上更加广泛，各种各样的卫星导航系统都被包含其中，主要由美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的BDS以及区域增强型系统组成，在工程测绘、建筑重建、各类移动设备导航、数据分析等领域具有极高的应用价值。除此之外还包括区域性导航系统与增强系统。目前，GNSS工程建设成为一个国家经济安全的基础，现代化大国地位和一个国家综合国力强盛与否的重要象征也由GNSS体现出来。

通过人造卫星，全球导航卫星系统可以接收并发送空间地理信息，为全球的信息发展提供了流通机会。全球导航系统利用卫星之间的距离、卫星发射时间等信息测量并定位地理位置。此项技术通过对卫星间的距离进行检测，以测量的一个基准站为定位，进行参考，计算出卫星与基准站的距离差，从而确定测量基站空间信息，其测试结果能够精确到具体数值，可有效提升测量质量。GNSS系统为国家的发展提供了有效的发展手段，通过GNSS系统，居民可以得到更加便利的出行体验并提升生活质量，社会上也基于GNSS系统诞生了一批诸如外卖、打车等行业，甚至对治安、国防现代化的建设做出了不可磨灭的贡献。不可否认的是，此技术的产生推动了我国的现代化发展，为我国的各行各业发展提供了便利，也实现了国家信息化的发展。

2.2 技术特点

①数据信息具有较强的完整性与精确性，可以记住卫星提供的导航电文。卫星系统具有较强的可靠性，可以根据要求完成特定任务，在提高搜集数据精确性方面发挥着重要作用。GNSS测量主要是通过使用接收到的卫星信号来实现距离测量。在解算过程中通过误差改正模型、求差法等技术手段大大提高了测量精度；②兼容性，数据整理过程突破了导航电文、图像及数据包等各类信息的局限性，具有较强的兼容性，能够满足系统的实际应用需求。③操作便捷度高，在系统应用中，GNSS技术在应用阶段的自动化程度较高，GNSS接收机都是电子仪器设备，仪器制造商已经将复杂的工作封装起来，交给程序完成。观测者只需掌握简单的仪器操作即可，人为测量所有可能引起的误差能被有效避免。自动化程度非常高这对于公路测量工作的顺利推进有着积极的作用。④观测时间短，效率高。GNSS测量时间短，对于精度要求较高、建立高等级平面控制网的情况，测量时间为1～3h。对于碎部点采集、施工放样等工作，可采用RTK技术进行测量，测量时间只需要几秒钟，大大提高了测量工作效率；⑤成本低、经济效益高。随着科学技术的发展，电子产品性价比大幅度提高。测量型GNSS接收机刚问世时，1+1单星座设备大约在10～20万元之间 ，而如今1+1多星座设备不足4万元，性能却显著提高。与传统观测方法相比，测量成本大大降低[2]。

3 GNSS技术在公路测量中的应用

近几年，我国的科学技术水平不断提高，人口数量不断增多，人们的出行也越来越频繁。出行增多，对于公路的需求也在逐步上升，公路修建对于人们出行而言至关重要。目前，为满足国内人口对公路的需求，我国加快了对公路的修建，但是，我国的地势较为复杂，在进行公路测量时，需要先对地形进行勘测，受地势影响，公路测量数据也因此会产生轻微偏差，这就需要相关工作者在测量过程中时刻关注地形的变化，根据地势变化来调整测量的角度，减少公路测量的数据误差。

GNSS技术对于公路测量工程而言是有极大帮助的，GNSS技术的发展为公路测量提供了定位系统，通过定位系统，施工人员可以了解公路建设周围的一些环境，并且可以对地形实施监控，为施工人员提供了施工过程的地形环境，这也是GNSS为公路测量提供的相应帮助。

3.1 GSP软件处理过程

为了提高公路工程测量精度，需要做好GPS软件处理工作。若不清楚平面坐标系的投影高程及中央子午线信息，可以使用该软件进行变化迭代，将其复原到原来坐标系。公路项目实际测量中，要提升该技术的应用水平，保证项目测量精度，还应注重以下要点 ：第一，公路测量的工作人员需要先确定点位，再进行坐标架、坐标型号的集中分析，进行相关数据的流程化、标准化处理，打造较为完整的技术运维体系。第二，公路外业测绘中，需要规范化进行GPS定位测量装置安装：一方面，要求GPS测量的仪器设备的三脚架应该放在标志中心垂直正上方，确保设备施测角度控制合理 ；另一方面，应控制设备基座的水平程度，确保设备整体平衡。 此外，应重视定向误差、对中误差、两次量高差距等指标 的控制，确保公路测量结果的准确性。通常进行公路测绘测量时使用GPS测量技术，要求其对中误差、两次测量高差均不得超过3mm，定向的误差上下不能超过±5°。此外，要求测量设备三脚架的三个空档互成120°，对于测验数据的填写间隔应该控制在15min之内。从测量结果来看，采用GPS技术测量开展公路测量时，其能够提供较为精准的三维坐标信息。这些信息不仅反映了施工路段所在地域空间，而且能实现不同时间段公路建设变化情况的有效反映。

3.2 GSP参数准备

启动GSP软件之后，选择新建或者打开一个GPS项目，在参数页面中输入复测网中的大地高程及中央子午线经纬度信息，根据WGS84坐标选定平差参数中的中央子午线，同时根据高程确定大地高度，选择三维基线平差。然后需要在坐标标签中的高斯坐标中导入平面坐标，与复测结果进行比较，顺利完成准备阶段工作。

3.3 中央子午线经度确定

3.3.1 首先，需要在“F复测比较”页面选择先变换选项与拟稳点，比较坐标变换差别。将复测坐标与原有坐标进行对比，观察两种坐标系之间的缩放状况与旋转情况，观察底部信息栏中的参数信息。旋转参数即因中央子午线差别产生的子午线收敛角度，由于高程投影面不同，高程投影会引发尺度缩放问题。

3.3.2 将经度差dl转换为复测网采用的中央子午线经度，得新经度为108°，在“高斯坐标”页面中底部输入转换后的中央子午线经度108°和投影面高程，单击[换带]按钮，将坐标变换到新的坐标系中。

3.4 “一点一方向”处理

在处理小范围独立坐标时，如隧道、桥梁、市政道路工程等，需要使用一点一方向的处理策略。在此过程中，需要选定某个固定点，为其制定控制方向，选择投影子午线经纬度与大地高度，建立精确程度较高的独立坐标系系统。若控制网精度较高，可以固定“一点一方向”平差，约束卫星视野较好与起点位置，在固定一点之后根据测量变长修改另一个端点的坐标。使用该方法需要征求业主与设计人员的统一，适当调小除固定点之外的控制点坐标分量，无须调整设计图纸文件，仅将调整后的控制网坐标系统及成果报设计、监理、业主单位存档即可。“一点一方向”的处理具有高精准度的特点，通过“一点一方向”的平差原理进行公路测量的工程建设，能够有效地提高公路测量的精准度。“一点一方向”的处理是公路测量中最为重要的一部分，通过控制网坐标系统来实现数据的精细化，减少公路测量的数值误差[3]。

3.5 新坐标系统与实测值比对

在确定中央子午线经纬度、投影面积所在大地高度之后，可以在“G高斯坐标”系统调整J4, J6坐标，将其作为已知交桩坐标，并将J4, J6坐标调整到独立系统坐标系中。坐标转换过程在软件中完成，具有速度快、高进度的特征，与现场实测数据保持相同，确保坐标成果满足要求与规范，以顺利完成现场控制测量任务。完成坐标转换后，需要转换现场所有设计数据，需要与设计人员进行沟通，调整坐标系统参数信息，测量设计系统及坐标系统参数，以便重新完成技术交底工作。文件和重做坐标系的技术改进。一般情况下，卫星的开始和结束视场的选择最好和最稳定的点都可以根据测量边长来确定，为其他控制点更改坐标。

4 结束语

现代先进的测量测绘技术和现代化的新型设备的使用，能够有效促进公路测量测绘工程的快速发展。在公路路面工程中使用GNSS测量技术可以提高测量工作效率与质量，突破外界环境因素的局限性，扩大可测量范围。同时，使用GNSS技术可以降低劳动强度，减少项目资金消耗。未来，GNSS技术的应用价值有待进一步提高，将持续推进公路测量行业的稳定发展。GNSS已成为公路勘测中的重要定位技术，随着GNSS技术不断地发展以及广大测绘工作者的不断探索，在公路工程测量中GNSS技术的使用将会越来越广泛，产生更多的经济效益和社会效益。