公路工程控制測量中GPS的應用分析

李發(fā)珍(滁州職業(yè)技術學院土木工程系，安徽滁州 239000)

公路工程控制測量中GPS的應用分析

李發(fā)珍
(滁州職業(yè)技術學院土木工程系，安徽滁州 239000)

科學技術的進步使人們的生活發(fā)生了天翻地覆的變化，依托高新技術，各行各業(yè)均獲得了飛速發(fā)展。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)是一個中距離圓形軌道衛(wèi)星導航系統(tǒng)，能在地球表面大部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)定位、測速、時間測量等功能。現(xiàn)已在各行各業(yè)推廣應用，地質(zhì)工程測量、航空攝影測量等均可見到它的身影。本文主要對GPS在公路工程控制測量中的應用進行分析，結合該技術的特點和公路工程控制測量的應用需求，總結相關工作經(jīng)驗，以供業(yè)內(nèi)同行參考借鑒。

公路工程；GPS；控制測量

近年來，我國科學技術飛速發(fā)展，各類先進技術獲得廣泛應用，為各行各業(yè)的發(fā)展添加了新動力。GPS定位系統(tǒng)的足跡現(xiàn)已遍布多個領域，研究人員發(fā)現(xiàn)，在公路工程控制測量過程中，合理運用該技術能有效提升測量結果的精確度，為公路工程后續(xù)工作的順利開展奠定良好基礎[1]。GPS在公路工程中的應用有著非凡意義，這很大程度上取決于其自身特點，GPS測量技術在定位精確度、工作效率、操作便捷度、應用時限上均有著顯著優(yōu)勢?；诖?，本文對GPS在公路控制測量中的應用進行深入探討，為充分發(fā)揮其應用價值、更好地滿足公路工程控制測量需求略盡綿力。

1 公路工程控制測量的發(fā)展情況

當前，GPS在公路工程測量中的應用價值已受到廣泛認可[2-3]。其在公路工程建設起步階段，有助于設計人員更準確地掌握公路路線情況，并以此作為設計依據(jù)，設計出最為合適的基礎數(shù)據(jù)，為后期工作奠定根基。改革開放以來，我國公路建設事業(yè)始終維持著穩(wěn)定發(fā)展的良好勢頭，并取得不俗成績，而這些均很大程度上歸功于路線的勘測。眾所周知，我國公路建設的主要特點為規(guī)模大、技術要求高、施工周期長等。提前掌握施工路線的詳細情況有利于施工圖的設計，而普通技術手段精密度低，并不能夠很好地滿足業(yè)務需求。GPS的出現(xiàn)，將公路工程的線路勘測水平提升到了新的高度，布網(wǎng)困難、精度要求不達標等常見問題也就此迎刃而解。進入21世紀后，GPS已深度滲透進公路工程控制測量中，江蘇徐連高速公路、云南元磨公路等均采用了GPS進行水準測量。在路線勘測過程中，GPS技術發(fā)揮著舉足輕重的作用。在它的幫助下，我國公路建設事業(yè)如虎添翼，各環(huán)節(jié)工作精度也獲得了提升，公路工程的整體質(zhì)量也較從前有了明顯改善。

GPS應用于公路控制測量時，通常至少會設置三臺GPS接收機進行靜態(tài)連續(xù)性觀測，采集并整合觀測到的數(shù)據(jù)，即可得出兩點的三維坐標差，僅需掌握其中一點坐標值便能順利推算出另一坐標值[4]。該方法的定位準確度高，因此多被應用于以大地測量為代表的高精度測量領域。GPS技術憑借精密度高、工作效率高且操作便捷等特點，得以在現(xiàn)代化公路控制測量中推廣應用。而隨著對GPS技術研究的不斷深入，新的研究成果不斷涌現(xiàn)，不僅為其應用拓展了新領域，還使得公路工程控制測量得到了良好的發(fā)展。在GPS技術強大功能的幫助下，公路工程控制測量水平較從前有了極大的提升。

2 GPS測量技術的特點

GPS測量技術定位準確、使用時限長、操作便捷且工作效率高，將其應用于測量領域中，其技術優(yōu)勢將得以充分發(fā)揮。在測量站間，GPS的應用對通視條件并無過多要求[5]。通常情況下，測站間通視條件是測量工作首先需要考慮的一個問題，受到通視條件的影響，許多測量技術的應用均受到了不同程度的限制。相較之下，GPS測量技術則完全不存在這方面的顧慮，但凡在應用條件下，GPS系統(tǒng)只要能夠接收衛(wèi)星信號，便足以獲得準確的測量數(shù)據(jù)。GPS測量技術能夠應用于任何條件，不會受到時間、天氣等因素的限制，并能全天候作業(yè)，待機時間長。不僅如此，GPS技術還可提供三維坐標，充分滿足高精度領域的測量需求。在進行平面測站工作的過程中，GPS測量技術能夠準確測量目標地面高程，定位精度較高，可同紅外儀相媲美。即便是測量距離較遠，其測量結果的準確性依然有保障，不會受其影響。借助GPS技術建立控制網(wǎng)的過程中，各測站點觀測時間通常為30～40分鐘，相較之下，借助GPS快速靜態(tài)定位法，則能極大地縮短這一觀測時間，且最短觀測時間可達2秒。考慮到GPS測量技術附有自動化操作功能，可以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的自動、連續(xù)性接收，操作便捷，極大地減輕了測量人員的工作強度。在科學技術飛速發(fā)展的今天，GPS接收機的自動化水平也有了突破性的進展，儀器設備越來越小，而系統(tǒng)功能則日趨多元化，操作便捷，工作效率高。在實際操作過程中，測量人員僅需將GPS接收機天線調(diào)試完畢后，連接電源、打開開關,便能獲得大量觀測數(shù)據(jù)。測量人員通過對這些數(shù)據(jù)的采集與整合，最終推算出測量目標的三維坐標，定位準確度高，為后期相關工作的開展奠定了良好的開端。

3 GPS定位技術在公路工程控制測量領域中的應用現(xiàn)狀

公路工程的控制測量工作主要應用的是GPS技術的靜態(tài)/動態(tài)功能，其中，靜態(tài)功能是借助系統(tǒng)采集到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，推算出地面測量目標的三維坐標；動態(tài)功能即通過衛(wèi)星系統(tǒng)，將已掌握的三維坐標位置放樣至現(xiàn)場地面上[6]。從整體上來看，GPS技術在公路工程控制測量領域中發(fā)揮著不可小覷的重要作用。在本文中，筆者以某地區(qū)路網(wǎng)改造工程為研究對象，對GPS技術在該工程中省道控制測量的應用進行分析，并由專業(yè)人士對測量結果進行多番驗證，以確保GPS技術的測量精度達到設計要求。

對省道線路控制測量期間，因受到地形環(huán)境、通視條件等因素的影響，在設計布網(wǎng)方案時，起算點取為已知控制點，并以此展開測算。最終，省道線路控制網(wǎng)應用側(cè)邊網(wǎng)，通過經(jīng)緯儀一類工具進行大地測量，以測距三角高程法測量高程。所有控制測量操作均按照相關規(guī)范嚴格執(zhí)行[7-8]。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)整合后用于平差計算,最終確定某一點位置的坐標值。通過對比觀察不同測量法獲得的測量結果，計算測量誤差并分析誤差出現(xiàn)的原因，分析結果顯示，GPS靜態(tài)測量法和大地測量法的測量結果的確并不一致，不過兩者間三維坐標差值誤差小于1 cm，在設計規(guī)范的精度要求范圍內(nèi)。

某開發(fā)區(qū)新建公路工程中，測量人員借助GPS動態(tài)測量法對公路路線進行測量。該工程環(huán)境較為惡劣，且通視條件十分有限。測量結果顯示，該公路路線并不符合高等級公路導線要求，并未達到設計規(guī)范標準[9]。針對這一情況，測量人員在施工前期，借助GPS動態(tài)測量技術，對該公路路段進行勘測，根據(jù)勘測結果對中線進行了修復，專門用于測量多點三維坐標，每次測量時間為5秒。將測得的坐標數(shù)據(jù)進行標準差計算，并計算邊長值。為確保本次公路控制測量結果真實、可靠，測量人員將本次檢測結果與既往檢測結果進行對比，對比結果顯示，GPS動態(tài)測量法測得基線共計18條，其中最大邊長值誤差達1.3 cm。測量結果顯示，各項數(shù)據(jù)均達到設計規(guī)范要求的精度，故可在主線修復后進行公路工程的施工。研究結果提示，在公路工程測量中應用GPS動態(tài)測量，所得結果精密度高，且極大地縮短了觀測時間，提升了工作效率，因此將其應用于高等級公路工程控制測量具有一定的可行性。

4 應用經(jīng)驗總結

從前文有關GPS測量應用的實踐研究不難發(fā)現(xiàn)，GPS技術在公路工程控制測量中有著極高的應用價值，其在該領域有著良好的發(fā)展前景：

(1)GPS技術有著極高的精密度，其應用并不會受到工作環(huán)境和距離的影響，所以即便將其應用于地形條件較差的地區(qū)，該技術的應用依然能夠為設計者提供科學、可靠的測量數(shù)據(jù)，以供設計者參考。

(2)CPS技術操作便捷，能有效提高工作效率，極大地簡化工作流程，降低測量人員的工作強度。不僅如此，該技術檢測準確率高，不會因人為因素的影響出現(xiàn)較大偏差。所有測量過程均采用全自動化技術，采集到的數(shù)據(jù)會自動記錄、自動預處理、自動平差計算，很大程度上減少了工作失誤的發(fā)生。

(3)GPSRTK技術的引進使公路工程的測量模式迎來了革新。在該技術的輔助下，測量者可以實時獲取所在位置的空間三維坐標，將其用于線路、隧道的勘查，有利于實現(xiàn)實地實施放樣等，極大地簡化了操作復雜性，提高了測量工作的效率。

(4)在GPS技術的輔助下，測量人員的工作量得以減少，在一定程度上減少了野外砍伐工作量，工作效率也得以提升。保守估計，普通GPS測量技術的工作效率至少是常規(guī)測量方法的3倍。工作效率的提升有利于工程整體進度的跟進，為縮短工期、提高工程整體效益奠定了良好基石。

(5)實踐證明，GPS高精度高程測量與高精度的平面測量結果并無二致，兩者均為GPS測量應用的重要領域。在最近幾年我國高等級公路開始朝山嶺重丘區(qū)發(fā)展，這部分地區(qū)地形環(huán)境、通視條件、氣候天氣等均較為復雜，常規(guī)測量技術的應用會受到限制。因此，需利用GPS高程測量來實現(xiàn)工程控制測量，相關工作人員務必要對此予以足夠重視。

5 結語

近年來，我國公路工程建設事業(yè)蒸蒸日上，以GPS技術為首的先進技術均在該行業(yè)獲得廣泛應用。從目前情況看來，GPS技術在該行業(yè)中有著不可估量的應用前景。在實際應用過程中，GPS技術受部分因素干擾，導致測量結果失真的現(xiàn)象仍然存在。隨著相關研究的不斷深入，這些問題均會得到妥善解決,可通過對測量結果的驗證與檢查來提高檢測結果的精度和可信度。筆者通過案例分析，對GPS技術在公路工程控制測量中的應用進行探究，發(fā)現(xiàn)該技術工作效率高、操作便捷、測量結果準確可靠，故認為具備推廣的意義與價值。同時，有關該課題的研究仍需繼續(xù)跟進，為不斷優(yōu)化GPS測量技術，使其更好地服務于公路控制測量領域提供科學依據(jù)。

[1]徐文財,吳清華.GPS在公路工程控制測量中的應用[J].黑龍江科技信息,2010(12):225.

[2]方廣友,宋玉軍,王忠義.GPS系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應用[J].中國科技信息,2005(9):100-113.

[3]方順賢.GPS技術在公路工程控制測量中的應用思路探討[J].科技資訊,2011(9):20-21.

[4]劉俊.GPS技術在公路測量中的應用[J].中國高新技術企業(yè)，2010(9):165-167.

[5]中華人民共和國交通部.公路全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2000.

[6]姚連璧,孟曉林.GPS全站儀及其在道路勘測中的應用前景[M].長沙:湖南科學技術出版社,2007.

[7]金生吉,余天慶，熊健民.路基沉降規(guī)律實驗研究[J].筑路機械與施工機械化,2008(12):39-40.

[8]高占鳳,杜彥良,蘇木標,等.基于虛擬儀器的橋梁遠程狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].儀器儀表學報，2006(27):1361-1364.

[9]潘樹國,王慶.基于GPRS的GPS實時差分系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].中國慣性技術學報,2006(2):64-68.

Application Analysis of GPS in the Control Survey of Highway Engineering

LI Fa-zhen

(Chuzhou Vocational Technical College, Chuzhou Anhui 239000, China)

With the development of science and technology, people’s life has greatly changed，and all walks of life have gained rapid development with the high and new technology. Global Positioning System (GPS) is a middle distance circuit orbit satellite navigation system, and can locate in the earth surface for most area and velocity measurement, time measurement and other functions. Now it is popularization in all walks of life, for instance, geology engineering survey, aerial photogrammetry, etc. This paper mainly analyzes the application of GPS and combines with the technical characteristics and the application requirements in the control survey of highway engineering, also can provide reference for the peers.

highway engineering; GPS ; control survey

2017-01-25

李發(fā)珍(1979- )，女，講師，碩士，從事測繪研究。

P228.4;U412.24

A

2095-7602(2017)06-0094-03