GPS在公路勘測中的應(yīng)用

許繼影，戴洪寶

（1.宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院；2.宿州學(xué)院 環(huán)境與測繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，測量新型設(shè)備開始興起并得到了快速發(fā)展，測量技術(shù)也實現(xiàn)質(zhì)的進(jìn)步.GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)作為先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)隨之興起，并以其諸多優(yōu)勢快速滲入到國民建設(shè)、國防建設(shè)及社會發(fā)展等多個領(lǐng)域.

在公路工程建設(shè)中，測量行業(yè)作為領(lǐng)頭軍，生產(chǎn)力的發(fā)展和社會的進(jìn)步已經(jīng)打破了傳統(tǒng)的測量作業(yè)方式，即耗費(fèi)大量人力物力財力而又效率低下的常規(guī)測量模式.因此，只有改變工作手段，充分利用先進(jìn)的設(shè)備，掌握先進(jìn)的技術(shù)，才能在激烈的競爭中得以生存，是時代的呼喚，勢在必行.GPS在公路建設(shè)中的應(yīng)用，從靜態(tài)做控制測量、帶狀圖測繪到縱橫斷面圖測繪、施工放樣等，參與了公路建設(shè)的全部過程.實踐證明，GPS操作簡便，測量結(jié)果可靠、精度均勻，可用于各種公路工程建設(shè)，與傳統(tǒng)測量相比省時省力，極大地提高了工作效率[1-2].

本文以宿州市洪河路測量工程為例，通過GPS技術(shù)測量，完成1:500帶狀地形圖圖、縱橫斷面、工程土方量以及施工放樣等公路測量工作，并與傳統(tǒng)公路勘測方法進(jìn)行對比，總結(jié)GPS在公路勘測中的應(yīng)用特點(diǎn).

1 GPS在公路勘測中的應(yīng)用

1.1 GPS靜態(tài)做控制測量

1.1.1 網(wǎng)形設(shè)計

為了使GPS網(wǎng)保持高精度且點(diǎn)位中誤差均勻，須依據(jù)控制點(diǎn)分布來設(shè)計GPS網(wǎng)形.平面控制設(shè)計：根據(jù)公路勘測的特點(diǎn)，結(jié)合紅河路的實際情況，在線路兩端及中間布設(shè)首級控制點(diǎn)，控制點(diǎn)間的距離為30km左右.高程控制設(shè)計：在依托平面控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)擴(kuò)充了一定數(shù)量的水準(zhǔn)點(diǎn).

1.1.2 外業(yè)測量

首先，基準(zhǔn)站的選擇需要滿足GPS靜態(tài)做控制測量的要求，根據(jù)實際情況將基站架設(shè)在新汴河岸邊的國家GPSC級點(diǎn)上，該點(diǎn)基本上位于線路的中間，在測量過程中具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢.其次是安置儀器，對儀器對中、整平，然后，盤掛天線，量取并記錄三個方向（正北方向、東南方向、西南方向）上的天線盤高及各方向上相關(guān)數(shù)據(jù).最后開始觀測，并將點(diǎn)號、觀測時段及天線高等相關(guān)信息抄錄到相應(yīng)的表格.

1.1.3 注意事項

儀器安置人員盡可能地守在儀器旁，安置好每隔一段時間（一般為幾分鐘）觀測一次接收機(jī)，觀察接收機(jī)是否連續(xù)接收數(shù)據(jù)、電池電量是否充足等情況.若出現(xiàn)一些外界情況對儀器造成影響（如腳架被動），應(yīng)即刻關(guān)機(jī)，整平后重新安置，在觀測手簿上將關(guān)機(jī)時間和再次開機(jī)時間記錄下來.斷電處理：裝上滿電源電池后，開機(jī)，并在觀測手簿上將斷電時間和再次開機(jī)時間記錄下來.如果遇到解決不了的問題，須及時上報，同時將問題記錄在手簿中[3-4].

1.2 GPS-RTK測量帶狀地形圖

GPSRTK技術(shù)（實時動態(tài)定位技術(shù)）是以載波相位觀測值作為依據(jù)而實施測量的實時差分定位技術(shù)[5].應(yīng)用前景十分廣闊，對當(dāng)前公路工程建設(shè)及將來改建等工作都具有重要意義.RTK技術(shù)系統(tǒng)是主要組成部分包括基準(zhǔn)站、流動站，它是采用點(diǎn)位精度高的控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn).

1.2.1 RTK測量帶狀圖

利用RTK方法測繪線路帶狀圖，將GPS流動站在每一個碎步點(diǎn)上停留幾秒，即可測得待測點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)[6]，且可以通過手簿編輯出每一個碎步點(diǎn)的編碼，再使用相關(guān)繪圖軟件（如南方Cass7.0）做出帶狀圖.

1.2.2 RTK測量縱橫斷面圖

縱橫斷面圖是線狀工程設(shè)計的重要資料，公路工程設(shè)計都是在測量從橫斷面基礎(chǔ)上展開的.橫斷面圖反映出線路橫斷面上一定范圍內(nèi)的地形起伏狀況，為公路勘測設(shè)計、土方量的計算提供重要依據(jù)；縱斷面圖則為公路坡道設(shè)計、橋涵建筑物的位置設(shè)計等工作提供重要依據(jù)[7].

線路設(shè)計人員在帶狀地形圖上定線后，將公路中線在實地中標(biāo)定出來，將設(shè)計路線鍵入到相關(guān)軟件中，使整條線路的坐標(biāo)和里程都能夠滿足點(diǎn)點(diǎn)對應(yīng)[8].

使用GPSRTK進(jìn)行斷面測量時，測量工作人員利用電子手簿中的斷面采集功能，沿著電子手簿上面指示的方向，依據(jù)地面起伏狀況采集斷面點(diǎn)坐標(biāo)，真實地反映出地表起伏情況，通過計算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件將采集到的斷面數(shù)據(jù)生成AutoCAD環(huán)境下的圖形文件[8].

1.2.3 RTK施工放樣

RTK技術(shù)應(yīng)用到施工放樣，只需要將設(shè)計坐標(biāo)輸入手簿，測量作業(yè)人員手持GPS，電子手簿做出相應(yīng)提示，讓作業(yè)人員移動接收機(jī)到需要放樣的點(diǎn)上，進(jìn)行相關(guān)放樣作業(yè).RTK施工放樣是采用坐標(biāo)直接進(jìn)行放樣，放樣結(jié)果可靠、精度均勻，因此施工中采用此技術(shù)，工作效率和工作質(zhì)量都會得到極大的提高.

宿州市洪河路公路工程施工圖的中樁放樣，是使用南方測繪公司的GPS靈銳S86系統(tǒng)進(jìn)行RTK放樣.首先，在已知的基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)一臺接收機(jī)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，其它兩臺接收機(jī)作為流動站，分組進(jìn)行中樁放樣測量，實地放出放樣點(diǎn)的平面位置和高程.然后利用數(shù)據(jù)連接線，將通過AutoCAD軟件生成的線路特征點(diǎn)樁號和逐樁坐標(biāo)輸入接收機(jī)中，GPS接收機(jī)內(nèi)置有放樣程序，其他任意樁號坐標(biāo)均能通過放樣程序計算出來.RTK具備定位功能，在手簿中輸入待放點(diǎn)信息，就可以根據(jù)收手簿的提示在現(xiàn)場準(zhǔn)確的找到待放點(diǎn).

采用RTK施工放樣技術(shù)對洪河路公路工程進(jìn)行放樣作業(yè)，比傳統(tǒng)方法提高效率3～5倍.RTK技術(shù)進(jìn)行公路施工圖放線，方便迅速、作業(yè)效率高、無需測站點(diǎn)相互通視、測量結(jié)果精度高，是測量放樣技術(shù)的重大進(jìn)步.

2 RTK和全站儀的精度比較

因測設(shè)放樣的精度要求是各種測量工作中精度要求較高的，于是本次實驗采用兩種測量儀器的測量放樣工作作為檢驗精度的出發(fā)點(diǎn).在宿州市洪河路的部分公路里程上進(jìn)行邊線里程樁坐標(biāo)放樣工作，先采用傳統(tǒng)全站儀極坐標(biāo)放樣，得出邊線里程樁的全站儀放樣點(diǎn)坐標(biāo)；再使用GPSRTK放樣，得出RTK放樣點(diǎn)坐標(biāo).然后，對兩組放樣坐標(biāo)進(jìn)行對比，并做出精度分析.如表2-1所示.

表2-1RTK和全站儀的精度比較表

接上表

依據(jù)測量技術(shù)規(guī)范，統(tǒng)計試驗點(diǎn)的平面坐標(biāo)點(diǎn)位中誤差是：Mp=±0.018m.

3 結(jié)論

現(xiàn)階段，GPS技術(shù)相對于傳統(tǒng)的線路測量方法，已經(jīng)具有較大的優(yōu)勢地位.具體總結(jié)如下：

（1）GPS定位精度較高和具有較好的穩(wěn)定性.因為GPS采用的是單點(diǎn)定位測量，故而點(diǎn)與點(diǎn)之間不存在誤差傳遞，相對于傳統(tǒng)方法，保持了較好的精度和穩(wěn)定性.

（2）GPS測量提高了工作效率.GPS測量需要的人力、物力、財力等相較于傳統(tǒng)方法都有較大程度減少.

總而言之，隨著新技術(shù)新理論的不斷完善，GPS技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用更加系統(tǒng)化、規(guī)范化.

〔1〕張勤,李家權(quán).GPS 測量原理及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

〔2〕吳俐民,陳云波,丁仁軍.昆明市連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)的研究及建設(shè)[J].測繪學(xué)報,2006,31(3):47-49.

〔3〕孔祥元,梅是義.控制測量學(xué)[M].湖北:武漢大學(xué)出版社,2006.

〔4〕劉經(jīng)南,劉暉.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)-城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施[J].武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2003,28(3):259-264.

〔5〕劉永剛.淺析RTK測量技術(shù)在龍口水庫測量中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2011(25):118-120.

〔6〕劉立國.GPS RTK技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用[J].山東科技交通,2013(3):54-55.

〔7〕吳向陽.GPS在現(xiàn)代公路勘察中的應(yīng)用研究[D].南京:東南大學(xué),2005.81-84.

〔8〕岳增田.淺析GPS技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用[J].全球定位系統(tǒng),2013(6):79-82.