GPS在道路工程控制測量中的應(yīng)用

張 正 周

(忻州廣遠(yuǎn)公路勘察設(shè)計(jì)院,山西 忻州 034000)

隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的不斷發(fā)展，GPS的測量系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，它是由空間部分、控制部分和用戶部分三個(gè)部分組成。其中空間部分是由GPS26顆衛(wèi)星星座的構(gòu)成所組成，起到發(fā)送定位信息的作用；控制部分主要包括主控制、注入站和監(jiān)測站三個(gè)部分，起到收集、匯總各個(gè)監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航的數(shù)據(jù)電文，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令，監(jiān)控衛(wèi)星的工作狀態(tài)，維護(hù)和處理衛(wèi)星的異常情況。

1 GPS測量的原理及道路工程控制測量的任務(wù)

通常在道路工程實(shí)際使用及接觸的是用戶部分，主要為接收機(jī)，用于接收衛(wèi)星的信號(hào)，以GPS衛(wèi)星與地面用戶的接收機(jī)天線之間的幾何距離為基礎(chǔ)，形成坐標(biāo)系統(tǒng)及距離數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，最終形成道路工程的測量成果。

GPS的定位比較準(zhǔn)確，操作簡單，通視效果良好，在道路工程控制測量中，運(yùn)用GPS系統(tǒng)可以進(jìn)行大比例尺地形圖的繪制、靜態(tài)測量、動(dòng)態(tài)測量、縱橫斷面的放樣及土石方的測量計(jì)算、道路選線及中線放樣等的測量工作，極大的降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，服務(wù)于施工一線。

2 GPS在道路工程控制測量中的應(yīng)用

2.1 基準(zhǔn)站的設(shè)置

基準(zhǔn)站的設(shè)置應(yīng)選擇在周圍地形的空曠帶，周邊無高大的建筑物，盡量避開高壓線、無線電站、變壓器等有線、無線的位置；地基要選擇在堅(jiān)固牢靠的平坦區(qū)域，必要時(shí)采用鋼筋混凝土或灰土對(duì)地基進(jìn)行處理，防止大風(fēng)的吹動(dòng)，影響GPS的觀察數(shù)據(jù)。

基準(zhǔn)站的設(shè)置包括的方法很多，主要有:

1)任意點(diǎn)設(shè)定法，此方法的設(shè)置比較簡單，通過已知點(diǎn)或未知點(diǎn)在測區(qū)內(nèi)任意設(shè)置基準(zhǔn)站。優(yōu)點(diǎn)為基準(zhǔn)站的位置選擇空間比較大，在施工現(xiàn)場容易設(shè)置；缺點(diǎn)為在后續(xù)測量中數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜，為測量增加了工作量。

2)內(nèi)業(yè)解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)法，此方法主要是先在內(nèi)業(yè)做好準(zhǔn)備工作，然后通過GPS的強(qiáng)大功能計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)，便可進(jìn)行下階段的施工。優(yōu)點(diǎn)為操作比較簡單，不需要實(shí)地聯(lián)測進(jìn)行匹配便可進(jìn)行操作；缺點(diǎn)為：基準(zhǔn)站距離流動(dòng)站較遠(yuǎn)時(shí)或周圍具有高建筑、視野不開曠時(shí)，信號(hào)不夠穩(wěn)定，需要重新選擇地方。

3)已知點(diǎn)校正基準(zhǔn)站法，此方法主要通過內(nèi)業(yè)及GPS計(jì)算出的參數(shù)，對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行校正。優(yōu)點(diǎn)為：方法比較簡單，應(yīng)用靈活；缺點(diǎn)為：對(duì)基準(zhǔn)站假設(shè)的位置要求比較高，必須選擇在地勢比較空曠，視野良好的信號(hào)好的地方。通過各方法的對(duì)比，選擇適合的測量工作，基準(zhǔn)站的設(shè)置是下階段GPS測量的準(zhǔn)備工作。

2.2 大比例尺地形圖的繪制

道路工程中的選線，通過傳統(tǒng)的方法，繪制大比例尺(一般為1∶2 000或1∶1 000)的帶狀地形圖，首先要建立測量控制網(wǎng)，再進(jìn)行碎部的測量，然后繪制成大比例尺的地形圖，工作量比較大，且速度較慢，周期較長。采用GPS的動(dòng)態(tài)測量，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，直接輸入分解的坐標(biāo)和屬性的信息，在室內(nèi)通過繪圖軟件便可以繪制成圖，速度比較快，容易掌握，施工效率會(huì)得到極大的提高。

2.3 靜態(tài)測量

在道路工程施工中，靜態(tài)測量常用于大型的建筑物，對(duì)特大型橋梁、隧道和互通式立交等進(jìn)行控制，采用GPS的定位測量，精度比較準(zhǔn)確，能夠?qū)崟r(shí)獲取數(shù)據(jù)，測量簡便易行，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的精度要求后，停止測量。由于測量不要求通視，用GPS建立的控制網(wǎng)，效率得到提高，操作簡單易行。

2.4 動(dòng)態(tài)測量

運(yùn)用GPS動(dòng)態(tài)的測量控制，對(duì)點(diǎn)、線、面以及坡度等進(jìn)行放樣，有良好的硬件和極其豐富的軟件，放樣比較方便、快捷，精度要求一般能達(dá)到厘米級(jí)(根據(jù)目前市場的GPS系統(tǒng)RTK的說明，最小可達(dá)到毫米級(jí))，隨著科技的不斷進(jìn)步，技術(shù)的不斷完善，更加充分體現(xiàn)GPS技術(shù)的高精度及高效益，在道路工程的建設(shè)與發(fā)展中將起到更大的作用。在綜合考慮GPS基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過對(duì)測量對(duì)象和采樣點(diǎn)基準(zhǔn)位置的確定，動(dòng)態(tài)控制測量在道路工程的前景比較廣泛。

2.5 縱橫斷面的放樣及土石方的測量計(jì)算

道路縱橫斷面的放線，即對(duì)中線位置的確定，利用GPS的動(dòng)態(tài)測量進(jìn)行放樣，并通過繪圖軟件，確定路線的縱橫斷面。在測繪地形圖時(shí)，對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，當(dāng)進(jìn)行戶外測量作業(yè)時(shí)，由于提前的工作已經(jīng)到位，戶外的作業(yè)工作量減少，就可以不到現(xiàn)場進(jìn)行縱橫斷面的測量，大大地降低了工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，比傳統(tǒng)的方法，在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等各個(gè)方面優(yōu)勢明顯。

運(yùn)用GPS系統(tǒng)，進(jìn)行土石方的測量計(jì)算，在RTK的軟件中，找到“方格網(wǎng)法土方計(jì)算”的菜單，把需要計(jì)算的土方范圍圈起來，封閉成環(huán)，根據(jù)DAT文件，輸入開挖之后的實(shí)際底標(biāo)，確定之后，通過系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，將畫好的方格和計(jì)算表顯示在屏幕上，確定最終的土方工程量。經(jīng)過實(shí)際的測量，GPS技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了縱橫斷面的測量精度，對(duì)不規(guī)格土石方的測量提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)，為解決工程結(jié)算中土石方工程量最大的爭議，提供了有力的保證。

2.6 道路選線及中線放樣

道路的施工，需要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙中的道路中線和線型進(jìn)行放樣，通過GPS的RTK測量系統(tǒng)，對(duì)需要的中線樁位坐標(biāo)，直接輸入RTK電子平臺(tái)中，經(jīng)過系統(tǒng)軟件的獨(dú)立計(jì)算，直接放樣在要施工的道路上；由于每個(gè)測點(diǎn)都是獨(dú)立的，不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差；對(duì)直線、緩和曲線、圓曲線的放樣，在儀器當(dāng)中輸入主控點(diǎn)位的樁號(hào)，然后輸入起終點(diǎn)的方位角、直線段與緩和曲線的距離、圓曲線的半徑，通過RTK電子平臺(tái)完成，直接放樣在道路中；在直線段、曲線段需要加樁段落，通過GPS的RTK完成。

3 GPS數(shù)據(jù)的采集與處理

每臺(tái)GPS主機(jī)都配備USB連接接口或藍(lán)牙功能，通過USB接口或藍(lán)牙功能與計(jì)算機(jī)相連，保證數(shù)據(jù)的傳輸工作。在計(jì)算機(jī)中，對(duì)需要的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與修正，達(dá)到需要的控制測量成果，完成數(shù)據(jù)的采集，資料的整理工作。

4 結(jié)語

目前GPS在道路工程控制測量中得到了廣泛的應(yīng)用，是具有常規(guī)的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀等測量儀器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，科學(xué)、合理地運(yùn)用到施工一線，對(duì)提高工作效率，加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。同時(shí)，GPS系統(tǒng)還有很多未被發(fā)掘的潛能，有待更多的學(xué)者做進(jìn)一步的研究與探索。