GPS在高速公路工程測量中的實(shí)際應(yīng)用

劉曉東 章穎

【摘要】GPS技術(shù)具有定位精度高、觀測時間短以及自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，解決了高速公路測量過程中基線過長和地形復(fù)雜等難題，已經(jīng)開始逐漸運(yùn)用到高速公路工程測量之中，這對我國的高速公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起到了極大的推動作用。本文簡要概述了GPS的原理及特點(diǎn)，分析了GPS在高速公路工程測量中的實(shí)際應(yīng)用，希望對我國高速公路工程測量有所借鑒和幫助。

【關(guān)鍵詞】GPS；高速公路；工程測量；實(shí)際應(yīng)用

隨著我國高速公路建設(shè)的不斷升級，工程測量精密程度的高低直接決定工程質(zhì)量的好壞，由于測量線路過長和山區(qū)地形復(fù)雜等因素，傳統(tǒng)的測量方法大都難以勝任高效率的測量工作，已經(jīng)逐漸開始被自動化的GPS技術(shù)取代。GPS技術(shù)以其精度高、適應(yīng)性廣泛和方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，極大地優(yōu)化了測量結(jié)果，為高速公路建設(shè)提供了準(zhǔn)確的測繪資料，成為了當(dāng)前高速公路工程測量的首要選擇。

一.GPS技術(shù)的原理和特點(diǎn)

隨著信息科技的迅猛發(fā)展，GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，廣泛應(yīng)用于地形測量、工程測量、定位導(dǎo)航等眾多領(lǐng)域，其應(yīng)用原理和技術(shù)特點(diǎn)大致如下：

（一）GPS技術(shù)原理

隨著1994年24顆GPS衛(wèi)星地部署完成，GPS覆蓋了地球98%的區(qū)域空間，從而為全球用戶提供低成本、高精度的三維坐標(biāo)和實(shí)時動態(tài)信息。GPS定位原理是通過測量用戶接收機(jī)與多顆已知位置衛(wèi)星之間的距離，另外由于接收機(jī)上的時間與衛(wèi)星星載的時間并不完全同步，所以除了用戶坐標(biāo)的x軸、y軸和z軸之外還要引入另一個變量ΔT，即接收機(jī)與衛(wèi)星的時間差，然后根據(jù)至少四顆衛(wèi)星傳送回來的位置數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個四元一次方程組，最后專業(yè)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行計(jì)算分析，從而確定接收機(jī)的位置，最終獲取測量點(diǎn)的位置坐標(biāo)，顯然位置數(shù)據(jù)越多方程的解就越接近真實(shí)值，精密程度越高。

（二）GPS測量技術(shù)的特點(diǎn)

GPS測量技術(shù)擁有高精度性、自動化程度高以及實(shí)時全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，取代了強(qiáng)度大、效率低、周期長的傳統(tǒng)人工測量技術(shù)，不僅滿足了高速公路建設(shè)的要求，而且保證了建設(shè)工程的施工質(zhì)量，總體來說，GPS測量技術(shù)具備以下幾個特點(diǎn)：（1）高精度性，一般來說雙頻GPS接收機(jī)的基線精密度能夠達(dá)到5mm+1ppm級別，這與紅外測量儀的精度差不多，然而隨著測量距離的不斷延伸，GPS測量性能已經(jīng)完全超越了紅外測量儀。據(jù)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，GPS定位系統(tǒng)在50km以內(nèi)的基線測量過程中，其精度值能夠達(dá)到1.2×10-5，在100-150km之間的基線測量中，其精度值能夠達(dá)到10-6—10-7左右。（2）自動化程度高，在實(shí)際測量當(dāng)中，測量人員只需將接收器對準(zhǔn)某一方位，開啟電源，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，利用相關(guān)的數(shù)據(jù)軟件處理接受的信息，即可得到測量點(diǎn)的坐標(biāo)，上述的操作步驟簡單快捷，且相關(guān)設(shè)備也日趨小型化、輕便化，GPS高自動化的操作排除了許多人為因素產(chǎn)生的誤差影響，使得測量結(jié)果更加接近真實(shí)值。（3）全天候作業(yè)，GPS測量技術(shù)一般不受區(qū)域、時間和天氣的影響，無論任何地形環(huán)境、任何時間和任意天氣，都可以進(jìn)行自動化精密測量，這是其他測量技術(shù)無法比擬的[1]。

二.GPS技術(shù)在高速公路工程測量中的實(shí)際應(yīng)用

高速公路通常會跨越山區(qū)丘陵，地質(zhì)情況復(fù)雜，并且路程較長，曲折度高、路面寬度窄，這往往就對測量精度提出了較高的要求，因此在高速公路測量之中常常選用GPS技術(shù)，其在高速公路工程測量中的應(yīng)用大體上分為三個步驟，選點(diǎn)布網(wǎng)、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理。

（一）選點(diǎn)布網(wǎng)

選點(diǎn)布網(wǎng)是GPS在高速公路工程測量中的基礎(chǔ)，也是其核心步驟[2]。該步驟具有一定的復(fù)雜性和可變性，并且細(xì)節(jié)要求非常高，一般來說，測量點(diǎn)的選取并不是固定的，而是依據(jù)實(shí)際勘測的結(jié)果，再加上事先搜集的理論數(shù)據(jù)，從而確定一個個測量點(diǎn)，最終形成網(wǎng)絡(luò)?？傮w來說，測量點(diǎn)的選取一般需要符合以下幾條原則：第一、測量點(diǎn)的選取一定要注意其周圍位置的地理環(huán)境，確保測量儀器能夠在該區(qū)域穩(wěn)定牢靠地?cái)[放，應(yīng)當(dāng)盡量避免斜坡、淤泥和土質(zhì)風(fēng)華嚴(yán)重的區(qū)域。第二、測量點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選在視野相對比較開闊的區(qū)域，通視方向至少兩個及以上，同時還需避免天空出現(xiàn)大范圍的障礙物，這樣可以將GPS技術(shù)同傳統(tǒng)測量技術(shù)相結(jié)合，從而進(jìn)一步提高測量精確度。第三、在一些比較特殊的工程建筑區(qū)域內(nèi)，定點(diǎn)布網(wǎng)時需要特別注意，例如隧道、橋梁等，這些路段的除了原本的測量點(diǎn)之外，還需增設(shè)額外的網(wǎng)點(diǎn)，保證這些特殊工程建造的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。

（二）外業(yè)觀測

外業(yè)觀測是在確立測量點(diǎn)的基礎(chǔ)上利用儀器設(shè)備進(jìn)行GPS衛(wèi)星定位，常用的觀測方式大致分為兩種：一種是衛(wèi)星定位，另一種是實(shí)地放樣。衛(wèi)星定位是利用GPS接收器接收衛(wèi)星發(fā)射回來的信息，再根據(jù)相關(guān)的軟件程序進(jìn)行計(jì)算分析，從而確定待測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，實(shí)地放樣就是利用GPS衛(wèi)星系統(tǒng)將各個測量點(diǎn)實(shí)時的放樣到地面之上。顯而易見，衛(wèi)星定位的準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)地放樣，通常情況下外業(yè)觀測都是指衛(wèi)星定位，在定位的過程中天線的放置移動要平穩(wěn)，不能夠出現(xiàn)晃動，待安置完成之后，正常打開機(jī)器就能夠接收衛(wèi)星信號，然后將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存。

（三）數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的對象是經(jīng)過外業(yè)觀測所得到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，由于該信號數(shù)據(jù)的數(shù)量十分龐大，計(jì)算過程特別繁雜，通過人力進(jìn)行計(jì)算處理是難以完成的，這往往需要借助于專業(yè)的電子計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。在數(shù)據(jù)處理分析之前，首先要檢查所采用的數(shù)據(jù)軟件是否需要具備檢校閉合差、基線向量等功能，從而能夠保證后續(xù)處理的精確程度，使得網(wǎng)平差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等步驟不會存在較大的誤差；然后再講外業(yè)觀測的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算軟件中，通過計(jì)算機(jī)軟件的高速運(yùn)算直接分析處理相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，最終得到接近真實(shí)的三維坐標(biāo)點(diǎn)，也就是高速公路測量點(diǎn)所需要的最終數(shù)據(jù)結(jié)果。

總而言之，GPS技術(shù)具有很多優(yōu)良的性質(zhì)，完全顛覆了傳統(tǒng)的人工測量的理念，并在高速工程測量中得到了廣泛應(yīng)用，這對于工程的測量的精確度和質(zhì)量都起到了很大的提升作用，因此如何不斷優(yōu)化完善GPS技術(shù)使其能夠更大限度地應(yīng)用到工程建設(shè)的眾多領(lǐng)域?qū)⒊蔀榻窈驡PS技術(shù)在工程測量中的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉娟. GPS在公路測量中的應(yīng)用[J]. 西部交通科技，2006（03）

[2]李偉. 淺析GPS在公路測量中的應(yīng)用[J]. 科技資訊，2013（05）