GPS測(cè)量技術(shù)在高速公路施工中的應(yīng)用研究

劉紅甫+李柯

摘 要：高速公路施工中測(cè)量工作較為繁瑣，工作量較大，GPS技術(shù)是一項(xiàng)切實(shí)可行的高速公路施工測(cè)量技術(shù)，這種全新的定位系統(tǒng)因其全天候定位、高精度、經(jīng)濟(jì)快捷、耗時(shí)短等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到高速公路測(cè)量中去，GPS系統(tǒng)的應(yīng)用滿足了高速公路施工測(cè)量工作需求，提高了測(cè)量效率，提高了測(cè)量精度，減少了測(cè)量人員的工作強(qiáng)度，促進(jìn)了公路測(cè)量事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GPS測(cè)量技術(shù)；高速公路；施工；應(yīng)用

近幾年來(lái)，我國(guó)高速公路的建設(shè)得到了快速發(fā)展，直接促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。對(duì)于工程單位來(lái)說(shuō)，GPS靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位能夠有效結(jié)合， 可以高效完成高速公路平面控制測(cè)量。在施工過(guò)程中， 利用常規(guī)的方法和GPS相結(jié)合的方式不僅能夠降低作業(yè)的難度，還可以提高工作效率。初始化時(shí)間逐漸縮短，使得定位跟蹤能力和精度逐漸增強(qiáng)，因此，將 GPS 靜態(tài)定位功能和動(dòng)態(tài)測(cè)放兩種功能有效結(jié)合起來(lái)應(yīng)用， 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工程單位的前期控制，還可以解決實(shí)施測(cè)量過(guò)程中所帶來(lái)的復(fù)雜問(wèn)題，對(duì)提高高速公路施工質(zhì)量具有重要作用。

1 概述

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，高速公路施工質(zhì)量的要求越來(lái)越高，高速公路工程施工測(cè)量的作用越來(lái)越重要。在高速公路施工形勢(shì)日益復(fù)雜的背景下施工測(cè)量顯得越來(lái)越重要，高速公路施工測(cè)量是設(shè)計(jì)施工中的重要環(huán)節(jié)，是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

GPS全稱為全球定位系統(tǒng)，最早由美國(guó)國(guó)防部建立，其目也為了滿足軍事需要，尤其近幾年來(lái)，GPS技術(shù)不僅在工程量和資源勘查等方面取得很大成功，同時(shí)還在高速公路施工程中發(fā)揮著重要作用，為我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。GPS技術(shù)主要是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，這種定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星進(jìn)全面的導(dǎo)航。GPS定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：空間部分、地面控部分和用戶接收機(jī)：①空間部分是利用太空中的多個(gè)衛(wèi)星幾個(gè)備用衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星在太空中的不同軌道上和地面行連接工作。它的運(yùn)行高度是2萬(wàn)千米；②地面監(jiān)控部分主是由主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站組成；③用戶接收機(jī)主要是接GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)。當(dāng)用戶接收機(jī)接收到衛(wèi)星定位發(fā)射信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行定位和一些信號(hào)的處理工作。GPS技術(shù)的工作理：首先，根據(jù)地面上的主控站對(duì)各監(jiān)測(cè)站檢測(cè)到的觀測(cè)資和氣象信息進(jìn)行收集，再由特定的格式對(duì)導(dǎo)航電文進(jìn)行有效編輯，然后地面上的注入站把編輯過(guò)的信息發(fā)送給衛(wèi)星。

2 GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

由于GPS測(cè)量技術(shù)具有多種優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用到高速公路勘查設(shè)計(jì)中，且發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為高速公路施工建設(shè)提供了可靠的數(shù)據(jù)，確保高速公路施工建設(shè)的質(zhì)量。所以，GPS測(cè)量技術(shù)不僅定位具有較高的精度，各個(gè)測(cè)站之間還不需要通視就可以自由選點(diǎn)，與此同時(shí)，GPS測(cè)量技術(shù)還具有功能齊全、操作簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮著不可缺少的作用。1）對(duì)于GPS測(cè)量技術(shù)的定位精度較高這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它在定位過(guò)程中所利用的是載波相位的方式，具有較高的精度，其精度高達(dá)1ppm。通常情況下，雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀精度為5mm+5ppm。因此，GPS測(cè)量精度較高，其優(yōu)越性會(huì)隨著距離的增加而明顯突出。2）GPS各個(gè)測(cè)站之間不需要通視，尤其針對(duì)地形復(fù)雜的區(qū)域來(lái)說(shuō)，更為測(cè)量技術(shù)人員帶來(lái)方便，使得各個(gè)選點(diǎn)之間更加便捷。然而，各個(gè)測(cè)站點(diǎn)附近需要確保足夠?qū)掗?，這樣才能方便接受信號(hào)。因此，GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，能夠有效找取通視點(diǎn)，為測(cè)量學(xué)解決了一大難題。3）GPS可有效縮短觀測(cè)時(shí)間，增強(qiáng)觀測(cè)速度。當(dāng)前狀況下，有效利用靜態(tài)定位的方式，實(shí)現(xiàn)一條基線的相對(duì)定位，從中得到所需要的觀測(cè)時(shí)間，也就是說(shuō)，利用GPS布設(shè)控制網(wǎng)，每個(gè)測(cè)站之間所需要的觀測(cè)時(shí)間大概在30～40min左右，而利用靜態(tài)定位則可大大縮短觀測(cè)時(shí)間。4）GPS測(cè)量技術(shù)操作簡(jiǎn)便，且具有較全面的功能。由于GPS具有較強(qiáng)的自動(dòng)化程度，使得觀測(cè)人員不要要較高的技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的觀測(cè)，只需將天線高、監(jiān)視儀器等相關(guān)工作狀態(tài)及時(shí)量取，其他觀測(cè)數(shù)據(jù)、跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星和捕獲等具體工作均由儀器自動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)了操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，為工作提供了極大的便利。與此同時(shí)，利用GPS測(cè)量還具有較為全面的功能，不僅能夠?qū)⑵矫嫖恢煤透叱痰韧瑫r(shí)觀測(cè)到，還可以利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)施工放樣。5）GPS測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全天候工作。GPS實(shí)現(xiàn)了不受任何時(shí)間和地點(diǎn)的限制，均可以實(shí)施測(cè)量，甚至不會(huì)受到環(huán)境的影響，為實(shí)施測(cè)量單位和工作人員提供了極大的便利，這也是GPS測(cè)量技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的主要原因之一。

3 GPS技術(shù)在高速公路施工中的具體應(yīng)用

3.1 高速公路控制網(wǎng)方面

高速公路控制網(wǎng)的設(shè)置，需要先在地形圖上設(shè)計(jì)GPS控制點(diǎn)，再到實(shí)地勘探選點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置時(shí)為了確保觀測(cè)質(zhì)量必須減弱信號(hào)干擾，保證GPS控制點(diǎn)能正常接收衛(wèi)星信號(hào)，因此控制點(diǎn)需要設(shè)置在開(kāi)闊地帶，盡可能避開(kāi)高壓線和密林，確保觀測(cè)點(diǎn)上空開(kāi)闊空曠，控制點(diǎn)周圍不能有強(qiáng)反射面，減少多路徑照應(yīng)，控制點(diǎn)需布置在穩(wěn)固且適合長(zhǎng)期保存的地方，控制點(diǎn)至少保持與兩個(gè)方向的通視，重視控制點(diǎn)和放樣建筑物的幾何圖形強(qiáng)度，滿足高速公路施工放樣需要，控制點(diǎn)設(shè)置也需要考慮到日后的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，控制點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)避免出現(xiàn)支點(diǎn)，確保高度公路控制網(wǎng)點(diǎn)的精度和可靠度。

3.2 中線和邊線放樣方面

設(shè)計(jì)單位需要在完成高速公路縱橫斷面的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之后進(jìn)行施工單位的再次審核和放樣，在放樣之前工作人員應(yīng)先做好準(zhǔn)備工作，在架設(shè)基準(zhǔn)站之后連接發(fā)射電臺(tái)和移動(dòng)站，在基準(zhǔn)站和移動(dòng)站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連接以后再校對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)，最后調(diào)出預(yù)先輸入好的路線曲線要素，準(zhǔn)備工作完成就可以進(jìn)行任意樁位的放樣工作。當(dāng)手簿屏幕顯示設(shè)計(jì)點(diǎn)與桿位一致時(shí)，只需在桿位位置打樁寫號(hào)，就完成了一處地點(diǎn)的放樣工作，當(dāng)放樣點(diǎn)未出現(xiàn)在中線上時(shí)，工作人員將放樣點(diǎn)坐標(biāo)輸入手簿之后就可以進(jìn)行放樣工作了，工作人員可以在完成每一處的放樣之后得出實(shí)際高度，每個(gè)放樣點(diǎn)都相互獨(dú)立，這樣可以避免出現(xiàn)累計(jì)誤差，有利于提高高速公路測(cè)量的質(zhì)量。

3.3 橫斷面測(cè)量方面

利用GPS技術(shù)完成高速公路邊線、中線放樣工作后，需要測(cè)量高速公路橫斷面數(shù)值來(lái)計(jì)算填挖方量，使用傳統(tǒng)方法測(cè)量樁號(hào)橫斷面難度較大，靈活使用GPS技術(shù)進(jìn)行橫斷面測(cè)量時(shí)，工作人員不需要親自到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，只需要在使用測(cè)量得出的中線樁點(diǎn)坐標(biāo)和相關(guān)繪圖軟件的基礎(chǔ)上測(cè)量高速公路縱橫斷面，準(zhǔn)確獲取高速公路路線的橫斷面和各個(gè)樁點(diǎn)的橫斷面，還可以使用GPS技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量高速公路斷面，GPS技術(shù)在高速公路橫斷面測(cè)量中的應(yīng)用大大縮短了數(shù)據(jù)采集時(shí)間，降低了工作人員的工作負(fù)擔(dān)，減少了工作人員在外作業(yè)時(shí)間，改善了工作狀況，提高了測(cè)量工作效率，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度、 精度、 實(shí)用度， 具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，GPS技術(shù)適合在地形條件復(fù)雜、地理環(huán)境惡劣、高速公路橫斷面落差較大的地區(qū)使用， 不僅降低了高速公路測(cè)量戶外作業(yè)的難度，還大大提高了測(cè)量效率。

參考文獻(xiàn)

[1]韓棚舉，王經(jīng)國(guó).GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在公路工程測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)[J].科技視界，2013，（5）：84，102.

[2]楊延欣，王巍.試論GPSRTK測(cè)量技術(shù)在公路外業(yè)測(cè)量中的應(yīng)用[J].大科技，2016，（11）：130-130.

[3]王永新.GPS測(cè)量技術(shù)及其在公路施工中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2012，（9）：81.

[4]張建磊.GPS測(cè)量技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，（16）：224-224.

[5]張建，彭施朝，李明等.GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用[J].企業(yè)改革與管理，2014，（6）：152-152.endprint