淺析GPS測(cè)量技術(shù)在工程中的應(yīng)用

摘要：GPS 測(cè)量技術(shù)是建立公路控制網(wǎng)的有效手段，在公路測(cè)量中，采用GPS 測(cè)量，不僅精度高，提供的成果可靠，而且方便快捷，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，大大地降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，提高了工作效率。文章針對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；工程；應(yīng)用

1.當(dāng)前常規(guī)公路測(cè)量的缺陷

公路線路一般是帶狀，路線長(zhǎng)度不等，有的路線長(zhǎng)長(zhǎng)為100km～300km，有的已達(dá)到500km，其平面控制測(cè)量往往采用導(dǎo)線網(wǎng)形式； 對(duì)于重要構(gòu)造物如大橋、特大橋、長(zhǎng)大橋、長(zhǎng)大隧道等，也有布設(shè)成三角網(wǎng)，線形鎖等形式。在這樣一個(gè)帶狀走廊內(nèi)，實(shí)施測(cè)量，尤其是高等級(jí)控制點(diǎn)稀少的情況下，常規(guī)測(cè)量方法就有它明顯的缺陷：

（1） 規(guī)范對(duì)符合導(dǎo)線長(zhǎng)、閉合導(dǎo)線長(zhǎng)及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線長(zhǎng)度等有嚴(yán)格的規(guī)定，一般對(duì)于高等級(jí)公路均要求達(dá)到一級(jí)導(dǎo)線要求。導(dǎo)線符合或閉合長(zhǎng)度最長(zhǎng)不得超過10km，結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)間距不能超過符合導(dǎo)線長(zhǎng)度的0.7倍。這就要求測(cè)區(qū)要有足夠的國(guó)家大地點(diǎn)，但實(shí)際上由于測(cè)區(qū)相當(dāng)一部分國(guó)家大地點(diǎn)因各種原因遭到破壞，這樣用常規(guī)測(cè)量方法根本無法滿足上述要求，實(shí)際作業(yè)中質(zhì)量也就無法保證。

（2） 一般來說，路線的控制點(diǎn)要求布設(shè)在距路線50m ～ 300m。但實(shí)際作業(yè)中，由于常規(guī)測(cè)量往往受地面通視條件的限制，這一條件難以滿足，有些地區(qū)根本無法實(shí)施常規(guī)測(cè)量，如大范圍密林、密灌地區(qū)。

（3） 由于受天氣、人為因素等因素的影響，用常規(guī)測(cè)量往往免不了要返工，影響工期。

（4） 有些長(zhǎng)大隧道、特大橋多位于地形復(fù)雜地帶，進(jìn)行常規(guī)控制測(cè)量，為滿足通視和網(wǎng)形條件，往往要做很多砍伐工作，一方面破壞了環(huán)境，另一方面加大了工作量，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

（1） 測(cè)站之間無需通視

（2） 定位精度高

（3） 觀測(cè)時(shí)間短

（4） 提供三維坐標(biāo)

（5） 操作簡(jiǎn)便

（6） 全天候作業(yè)

3.GPS測(cè)量在公路工程中的應(yīng)用

3.1 GPS公路測(cè)量準(zhǔn)備

使用GPS作公路測(cè)量時(shí)，應(yīng)該收集相關(guān)資料，以便作好測(cè)量的前期準(zhǔn)備。需要收集的資料有工程招標(biāo)文件、JTG C10-2007《公路勘測(cè)規(guī)范》、JTF10-2006《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》、JTJ063-85《公路隧道勘測(cè)規(guī)程》、JTJ062-2002《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)程》、JTG/TF50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》等。同時(shí)，做好測(cè)量計(jì)劃，通過研究各種工程設(shè)計(jì)的方案，確定適合該段公路的GPS測(cè)量技術(shù)。在現(xiàn)階段，中國(guó)公路的測(cè)量中，靜態(tài)GPS測(cè)量最為普遍。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型的測(cè)量技術(shù)蜂擁而至，其中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)逐漸成為主流趨勢(shì)，開始應(yīng)用于公路工程。

3.2 GPS公路測(cè)量

（1）工作時(shí)段選擇。由于線路上的地形復(fù)雜，需要選擇良好的觀察時(shí)段才能采集完整的數(shù)據(jù)，所以要根據(jù)天氣預(yù)報(bào)選擇一個(gè)良好的觀察時(shí)段。同時(shí)，定位精度的高低與衛(wèi)星的幾何分布密切相關(guān)，觀察人員可以用Planning軟件查看衛(wèi)星的分布情況，從而合理安排工作時(shí)段。

（2）工作區(qū)平面控制網(wǎng)的建立。通過放樣資料，利用GPS靜態(tài)測(cè)量確定工作區(qū)控制網(wǎng)，與國(guó)家點(diǎn)聯(lián)測(cè)，點(diǎn)間距為5～8km。先將控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)求出來，并考慮投影變形的情況，由于公路跨越范圍廣、路線的地形復(fù)雜，所以變形各有不同。在3°投影帶附近，由于長(zhǎng)度變形較大，中線樁實(shí)地測(cè)量的長(zhǎng)度與圖中反算結(jié)果不同，滿足不了放樣的要求，所以要采取措施減少長(zhǎng)度變形。

（3）高度的控制測(cè)量。工程實(shí)際使用的是正常高，而GPS測(cè)得的高程是大地高，必須將大地高程換算為正常高。然而，由于高程變化復(fù)雜，山區(qū)高程精度也不高。同時(shí)，要求新線定測(cè)為每4km 設(shè)置一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，但部分地形滿足不了GPS的觀察條件，擬合的高程并不能保證其精度。所以水準(zhǔn)仍使用水準(zhǔn)儀作業(yè)模式。

（4）地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取。對(duì)地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo)、控制網(wǎng)中WGS84和高程的公共點(diǎn)進(jìn)行合理的選擇，然后求出轉(zhuǎn)換參數(shù)，做好RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量的準(zhǔn)備。在選擇參數(shù)時(shí)應(yīng)注意：1）控制點(diǎn)均勻分布；2）選擇3個(gè)以上的點(diǎn)來提高精度，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)采用最小二乘法。

（5）選定基準(zhǔn)站。在選定基準(zhǔn)時(shí)，既要滿足觀察條件，同時(shí)又要設(shè)置在地勢(shì)高的地方，這樣有利于電臺(tái)的發(fā)射?？梢詫⒒鶞?zhǔn)站設(shè)置在WGS84坐標(biāo)已知點(diǎn)和地方網(wǎng)格坐標(biāo)上，也可以設(shè)置在未知點(diǎn)上。

（6）準(zhǔn)備內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)。通過一體化程序完成內(nèi)外業(yè)的所有計(jì)算。輸入線路的起點(diǎn)坐標(biāo)、加直線的長(zhǎng)度以及方位角，通過程序計(jì)算出待放樣的坐標(biāo)，每50m 一個(gè)點(diǎn)，同時(shí)地形的突變處增加一個(gè)點(diǎn)。導(dǎo)出放樣點(diǎn)坐標(biāo)，以DATA 文件保存，然后把文件導(dǎo)入外業(yè)的電腦上，以此來在外業(yè)工作。

（7）外業(yè)工作。在基準(zhǔn)點(diǎn)上放置接收機(jī)，然后設(shè)置系統(tǒng)、無線電以及天線的輸入。首先設(shè)置流動(dòng)站接收機(jī)的系統(tǒng)，輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行初始化工作。由于一般的大地水準(zhǔn)模型和坐標(biāo)系統(tǒng)沒有包括當(dāng)?shù)仄睿瑸榱藴p少這些偏差，需要利用點(diǎn)校正的方法得到更加精準(zhǔn)的當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)，并且要保證工作區(qū)域在校正點(diǎn)以內(nèi)。

4.RTK 技術(shù)的應(yīng)用

RTK 技術(shù)是GPS技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破，其全稱是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。該技術(shù)的原理是將GPS接收機(jī)安置在高精度的控制點(diǎn)上，然后對(duì)全部可見衛(wèi)星實(shí)施連續(xù)觀測(cè)，把觀測(cè)到的數(shù)據(jù)利用發(fā)射臺(tái)實(shí)時(shí)傳送給流動(dòng)的觀測(cè)站，最后采用相對(duì)定位的原理，通過電子手簿實(shí)時(shí)得到流動(dòng)站的測(cè)量精度及三維坐標(biāo)。RTK 技術(shù)在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中可用于公路中線測(cè)量、地形圖的測(cè)繪等，然后把數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，通過CAD進(jìn)行計(jì)算和繪圖。

4.1 繪制地形圖

在用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，首先要選取控制點(diǎn)，接著是碎部測(cè)量，繪制出的地形圖需是大比例尺。這種傳統(tǒng)的方法工作量十分大，并且耗時(shí)長(zhǎng)，速度慢，不利于工程測(cè)量的進(jìn)行。RTK技術(shù)完美地克服了這些缺點(diǎn)，只要在線路上每一個(gè)碎部點(diǎn)上將機(jī)器停留1～2min，便能得到該點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，通過軟件分析，即可繪制出圖形，省時(shí)省力，可大大提高繪圖的效率。

4.2 RTK 技術(shù)的公路中線測(cè)量

對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量中的放線測(cè)量、中平測(cè)量、中樁測(cè)量等，RTK 技術(shù)不僅可以完成，還能夠同時(shí)進(jìn)行。其基本步驟如下：

（1）將GPS接收機(jī)架設(shè)于路線控制點(diǎn)上，作為基準(zhǔn)站、流動(dòng)站測(cè)設(shè)線路點(diǎn)位，然后開始打樁。

（2）以路線參數(shù)為依據(jù)，通過配套GPS電子手簿和路線計(jì)算程序計(jì)算出路線中樁的設(shè)計(jì)坐標(biāo)。

（3）將需要測(cè)量的參考點(diǎn)號(hào)輸入，便會(huì)實(shí)時(shí)顯示設(shè)計(jì)樁位到當(dāng)前樁位的距離，當(dāng)兩樁位重合時(shí)，記錄下位置。如此地逐樁記錄，便可以快速、高效地測(cè)得中樁及高程，并且結(jié)果獨(dú)立，無累計(jì)誤差。

5.結(jié)語

GPS測(cè)量技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用，極大地提高了作業(yè)效率，尤其是GPS-RTK 技術(shù)在線路工程測(cè)量中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的作業(yè)模式。因此，GPS測(cè)量技術(shù)尤其是RTK 技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域會(huì)有較好的應(yīng)用前景。

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