GPS在高速公路測繪中的運(yùn)用

吳前梅 田時達(dá)

摘要：GPS技術(shù)作為一項先進(jìn)的測量技術(shù)，其在地形、工程以及航空等領(lǐng)域的測量工作取得了較為廣泛的應(yīng)用。在高速公路測繪中的應(yīng)用發(fā)展非?？?，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在各種復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行高速公路測量工作。本文在充分結(jié)合筆者對相關(guān)文獻(xiàn)研究以及自己多年工作實踐經(jīng)驗情況下，先從GPS技術(shù)的定義和特點(diǎn)入手，隨后圍繞其在高速公路測繪中的應(yīng)用展開了詳細(xì)研究。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；高速公路；測量；應(yīng)用

1.淺析GPS技術(shù)的定義及特點(diǎn)

1.1定義分析

GPS系統(tǒng)也就是全球定位系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要包括GPS衛(wèi)星星座且主要由分布在六個軌道平面中的24顆GPS衛(wèi)星組合而成的；其地面監(jiān)控系統(tǒng)有1個主控站，3個注入站，5個監(jiān)控站及其他相關(guān)通信系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)等。他們主要是用于對數(shù)據(jù)的收集、導(dǎo)航電文的編纂、向相關(guān)用戶發(fā)送廣播星歷一精密星歷以及GPS信號接收機(jī)等功能?？蓪碜杂贕PS衛(wèi)星信號的接收、跟蹤以及變換和測量，用于提供用戶狀態(tài)參數(shù)的這樣一種電子設(shè)備。

1.2特點(diǎn)分析

GPS不僅在定位方面精度極高，其觀測時間也非常短，且測點(diǎn)站不需要通視同時還可以提供三維坐標(biāo)，另外其操作也是十分便捷。GPS接收機(jī)產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼與衛(wèi)星所發(fā)射出來的偽隨機(jī)碼相同，且由機(jī)內(nèi)延遲鎖相環(huán)使復(fù)制碼與衛(wèi)星輸入碼相互對準(zhǔn)，進(jìn)而求出信號傳播時間并推算出衛(wèi)星與接收機(jī)間的距離。通過對來自四顆及四顆以上的衛(wèi)星的信號進(jìn)行接收并使用空間后方交會原理而算出接收機(jī)安置點(diǎn)三維坐標(biāo)及其參數(shù)，從而實現(xiàn)定位目標(biāo)。

應(yīng)用傳統(tǒng)的測量技術(shù)對調(diào)整公路工程進(jìn)行控制測量過程中往往會受到天氣因素以及通視條件等方面因素影響，而使得其測量不僅耗時而且在精確度方面還得不到有效的保障。而運(yùn)用GPS測量技術(shù)，其主要是構(gòu)建控制網(wǎng)并應(yīng)用靜態(tài)測量來達(dá)到極高的精度，且無論在什么時候或是什么樣的環(huán)境下均可實現(xiàn)高速精準(zhǔn)的測量目標(biāo)。同時還可以實現(xiàn)對一些特大橋梁以及大長型隧道等道路的控制測量方面的各項需要。如果是在對普通的工程控制測量時也可以應(yīng)用實時動態(tài)GPS測量技術(shù)，通過測量而取得實時精準(zhǔn)的動態(tài)定位，而不需要在觀測過程中進(jìn)行通視，只要其達(dá)到一定定位精度便可，這樣可以使測量工作更加簡單化。

2.試析GPS在測繪中的作用

2.1關(guān)于靜態(tài)定位分析

通常靜態(tài)定位測量應(yīng)用范圍相對比較廣，可以實現(xiàn)長短距離的基線測量。這種測量方式一般需要使用三個接收機(jī)并在基線兩端設(shè)立天線，同時在測量中心做好相關(guān)標(biāo)記且做到對中整平。只有這樣才能實現(xiàn)三臺接收機(jī)得以在同一時間內(nèi)進(jìn)行高速公路測量工作，該測量方式需要使用到四顆和四顆以上的衛(wèi)星且所有衛(wèi)星采樣率均應(yīng)當(dāng)設(shè)置到5s～30s范圍內(nèi)，且其截止高度角也要完全一樣。通常觀測時段長度主要是由基線間精度和距離來決定的，其長度可以從幾分鐘到幾小時。在實際測量過程中系統(tǒng)會自動解算用戶站坐標(biāo)和整周未知數(shù)。是否結(jié)束觀測則需要以解算結(jié)果來做出相應(yīng)的判斷，如果結(jié)果變化未能達(dá)到相對穩(wěn)定趨勢則不能停止觀測。隨著RTK技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用，使得定位時間得到了有效地縮短，通常只需要5～10分鐘這樣就可以完成，因此，我們有理由相信，在不久的將來所需定位時間還會越來越少，同時精度也是越來越精確。

2.2關(guān)于動態(tài)定位分析

對于高速公路測量來講，動態(tài)定位方面的發(fā)展前景還是非常廣的，可以實現(xiàn)測量縱斷面地面線、圖形測繪、公路橫斷面以及中樁測量等。測量時間通常只需要2s～6s的就可以使精度達(dá)到1cm～3cm的范圍內(nèi)，與此同時，在測量過程中也不需要通視，其與全站儀相比要簡便快捷許多。由于高速公路設(shè)計范圍非常廣、長度非常長且等級也比較高，應(yīng)用傳統(tǒng)測繪方法已經(jīng)難以滿足精度方面的要求。在現(xiàn)代測繪中應(yīng)用GPS技術(shù)可以在平面控制中對路線進(jìn)行平差分析和導(dǎo)線網(wǎng)測量工作，并應(yīng)用GPS來對中線進(jìn)行放樣。該技術(shù)在高速公路測量中已經(jīng)得到了有效地應(yīng)用且得到了許多好評。

3.試析在高速公路中應(yīng)用GPS測繪技術(shù)

對于高速公路施工來講，GPS靜態(tài)定位與動態(tài)測放都是極為常見的。其中GPS靜態(tài)定位主要是通過接收衛(wèi)星信息并反復(fù)觀測以確定地面某個點(diǎn)的三維坐標(biāo)以實現(xiàn)觀測效果。而動態(tài)測放則主要是應(yīng)用衛(wèi)星系統(tǒng)自身優(yōu)勢建立一些控制參數(shù)并把已知三維坐標(biāo)點(diǎn)在地面進(jìn)行實地放樣的。

3.1 GPS點(diǎn)控制網(wǎng)的設(shè)計

建立GPS控制網(wǎng)主要是以高速公路每組及其線路實際情況來進(jìn)行綜合考慮的，進(jìn)而科學(xué)合理地對設(shè)計方案做適當(dāng)?shù)母咚倥c優(yōu)化。GPS控制網(wǎng)是控制中十分重要的內(nèi)容，所以，應(yīng)用其他測量方法應(yīng)當(dāng)做加密處理。在對相互通視GPS點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)過程中應(yīng)當(dāng)在沿線每隔5km～10km的距離做好布設(shè)，這樣可以有效地提升測量速度。在進(jìn)行GPS選點(diǎn)及埋石過程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)控制人員與選線，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范來科學(xué)選取選點(diǎn)及埋石部位。而在GPS控制網(wǎng)加密中，如GPS控制網(wǎng)得以有效應(yīng)用全站儀測量附合導(dǎo)線的方法來做好加密工作時，應(yīng)當(dāng)以GPS點(diǎn)為依據(jù)并將路線分割成若干段來進(jìn)行獨(dú)立測量，這樣可以有效地保證各段附合導(dǎo)線都可以起止在GPS點(diǎn)上。

3.2 GPS測量技術(shù)中的靜態(tài)定位功能

在高速公路設(shè)計時通常需建立相應(yīng)公路首級控制網(wǎng)并應(yīng)用GPS測量技術(shù)來進(jìn)行。應(yīng)用靜態(tài)定位功能時需在施工測量時為設(shè)計提供一些導(dǎo)線點(diǎn)，從而更好地實施復(fù)合及加密作業(yè)。在對高速公路進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)用GPS點(diǎn)來重新布設(shè)時可以觀測確定設(shè)計并給出相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)以保證精確度，如不達(dá)標(biāo)的應(yīng)當(dāng)先做平差再對數(shù)據(jù)精度進(jìn)行確定。

3.3在動態(tài)測放測量技術(shù)中的動態(tài)測量功能

一般來講，動態(tài)測放是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)兩者相互結(jié)合而產(chǎn)生的，其屬于定位技術(shù)范疇。這種先進(jìn)的高速公路勘測技術(shù)有著十分廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。在應(yīng)用其動態(tài)測放功能時可以不同等級路線帶狀平面控制網(wǎng)做出科學(xué)合理地布置，與此同時還可以進(jìn)行路線中線等方面的測放。特別是在高速公路施工時應(yīng)當(dāng)應(yīng)用動態(tài)測放功能來實現(xiàn)施工放樣作業(yè)。同時還可以應(yīng)用基站與流動站自身優(yōu)勢來實現(xiàn)一次性作業(yè)。另外，還可以設(shè)立永久基站來實現(xiàn)施工放樣實時性功能，進(jìn)而不會受到時間、地點(diǎn)和環(huán)境等方面的制約，這樣一來可以有效地縮短作業(yè)時間且還能有效地節(jié)約成本。

3.4應(yīng)用GPS來進(jìn)行公路路線控制測量

在進(jìn)行路線控制測量過程中，一個非常重要的設(shè)備就是GPS接收機(jī)，在應(yīng)用該設(shè)備時務(wù)必要全方位檢驗其性能和可靠性。其中主要檢驗內(nèi)容有實測檢驗、通電檢驗以及一般性檢驗。這些年來我國引進(jìn)了諸多類型的GPS接收機(jī)，對其頻率來說，通?？梢詣澐譃閮煞N類型：單頻與雙頻。其中雙頻接收機(jī)具有點(diǎn)間距離不受限制的優(yōu)點(diǎn)，并且在邊長超過20km的情況下能夠?qū)㈦娏φ`差對點(diǎn)位坐標(biāo)的影響大致消除。不僅如此，在進(jìn)行快速動態(tài)與靜態(tài)測量過程中，可以在短時間內(nèi)將整周模糊值結(jié)算出來，進(jìn)而縮短了其觀測時間。

3.5 GPS技術(shù)在加密控制點(diǎn)的應(yīng)用

應(yīng)用GPS技術(shù)在加密控制點(diǎn)工作時，不但能夠大大提升了控制點(diǎn)的加密效率，并且還能夠提升控制點(diǎn)的精準(zhǔn)程度。在實施高速公路測繪過程中，已有的平面控制網(wǎng)中部分控制點(diǎn)極易受到破壞，使得整體控制網(wǎng)的精準(zhǔn)程度下降。所以必須要使用GPS技術(shù)來定位控制點(diǎn)，將具體坐標(biāo)點(diǎn)找出，隨后實施加密，如此一來方可確保公路測繪的準(zhǔn)確。

3.6 GPS技術(shù)導(dǎo)線控制和測量在植被茂密地區(qū)的應(yīng)用

在進(jìn)行高速公路測繪過程中，不可避免會遇到不同類型的地形，其中較為常見的一個地形就是植被茂密區(qū)。在遇到該類情況時，如若采用傳統(tǒng)的測繪方法必定困難重重，而應(yīng)用GPS導(dǎo)線控制測量方式便可將通視困難的問題解決，從而大大提升測繪工作效率。實際操作方法如下：在確保通視的基礎(chǔ)上，根據(jù)特定距離來進(jìn)行GPS控制點(diǎn)的設(shè)置，通視對其實施加密處理，隨后在相鄰兩個控制點(diǎn)范圍中開展放線測量工作，并于整體植被茂盛部位采取同樣的測量方法，直至整個測繪工作完畢。

3.7 PTK技術(shù)（實時動態(tài)）在高速公路測量放線中的應(yīng)用

PTK技術(shù)是基于GPS技術(shù)上發(fā)展而成一種新型GPS定位測量方式，是GPS技術(shù)的突破與創(chuàng)新，將其應(yīng)用于高速公路測繪工作中具有非常重要的應(yīng)用價值，具體如下：

（1）大比例尺地形圖的測繪

通常在建設(shè)高速公路前，均需要科學(xué)設(shè)計公路的選線，而在此過程中大部分都會使用到中小比例尺地形圖。不過在具體建設(shè)過程中，因為高速公路沿線地形非常復(fù)雜，所以在建設(shè)過程中運(yùn)用中小比例尺地形圖難以與實際需求相符，對于部分地區(qū)則需要更新與補(bǔ)測大比例尺地形圖。在此情況下，應(yīng)用RTK技術(shù)則能夠快速測量待測地區(qū)，并且快速采集到所需信息，進(jìn)而提升繪圖的效率。

（2）路線中樁放樣

確定高速公路線位后，則要求能夠在地面上將高速公路的中線測出。該步驟復(fù)雜性較大，不過運(yùn)用PRK技術(shù)則能夠?qū)崟r測量公路中線，以便于在短時間內(nèi)將中線放樣點(diǎn)的位置。而且各個放樣點(diǎn)均是獨(dú)立完成，如此便可避免放樣點(diǎn)誤差不斷變大的問題出現(xiàn)，提升測量的精準(zhǔn)程度。

（3）對公路橫斷面的測量

和測量中線相同，橫斷面測量在高速公路建設(shè)中是非常重要的一個步驟。通常而言，測量完畢公路中先后方可測量橫斷面，同時把具體測量所得的數(shù)值作為計算公路路基填挖方量的依據(jù)。不過，如若使用傳統(tǒng)的測量儀器來測量公路所有樁號的橫斷面，不但要投入大量的物力與人力，并且測量起來困難較大，所以要想獲得較為精準(zhǔn)度的數(shù)據(jù)難度較大。而運(yùn)用GPS測量技術(shù)便能夠一次測量所有裝好，同時能夠利用計算機(jī)屏幕來將橫斷面進(jìn)行移動與拉長，以確保能夠快速便捷的完成測量工作。

（4）GPS數(shù)據(jù)處理

因為RTK無法像鋼尺、經(jīng)緯儀等常規(guī)儀器進(jìn)行方向的測定以及距離的測量，其僅在屏幕上顯示測量所得的坐標(biāo)，即便能夠預(yù)算計算出部分整樁、關(guān)系加樁的坐標(biāo)，隨后根據(jù)坐標(biāo)來實時放樣，不過中線測量與單純的點(diǎn)位放樣不同，因為在測量中線時仍會碰到諸多地物、地形需要加樁，要求結(jié)合現(xiàn)場來將位于中線上的特點(diǎn)且將其里程確定下來。而要想處理該問題，則能夠結(jié)合設(shè)計數(shù)據(jù)，將線路顯示于手持計算機(jī)上，并將整樁與曲線主點(diǎn)的樁位注明在屏幕上，因為在屏幕上顯示了整個線路的中線，所以，則可以對比接收機(jī)的點(diǎn)位坐標(biāo)來將中線上的地形或地物加樁找出，同時根據(jù)特定的算法計算出臨時地形以及地物加樁的里程。

（5）針對高速公路橫縱放樣地運(yùn)用

結(jié)合實踐來看，GPS在高速公路橫斷放樣工作中運(yùn)用，首要任務(wù)是將道路橫斷面形式確定出來，隨后在電子手簿內(nèi)將橫斷面的設(shè)計數(shù)據(jù)輸入其中，待會生成施工設(shè)放樣點(diǎn)文件后存儲好，之后現(xiàn)場人員便可以據(jù)此隨時開展現(xiàn)成放樣測設(shè)；而在高速公路縱斷放樣工作中運(yùn)用GPS時只要在電子手簿里將道路所需放樣的數(shù)據(jù)輸入其中即可生成施工測設(shè)放樣點(diǎn)文件，然后我們把它存儲好了就能提供給現(xiàn)場人員，由他們根據(jù)工作安排開展現(xiàn)成放樣測設(shè)。而后利用繪圖軟件便可以讓我們繪制出高速公路項目沿線縱斷面與各點(diǎn)橫斷面圖。得益于測繪地形圖采集而來的實地數(shù)據(jù)，這樣一來能夠讓我們不必再像意外那樣到項目實地測量橫縱斷面，進(jìn)而有效地降低外業(yè)工作量以及項目成本。與此同時，如是需要的話我們還可以采取動態(tài)GPS到現(xiàn)場檢測復(fù)合，這也比傳統(tǒng)方法經(jīng)濟(jì)適用。另外，軟件能夠自動和高速公路地面線銜接開展“戴帽”工作，同時借助于“斷面法”計算出土方量。

4.試論GPS技術(shù)在高速公路測繪中的發(fā)展前景

現(xiàn)如今公路設(shè)計相關(guān)軟硬件設(shè)施設(shè)備都得到了極大的發(fā)展和進(jìn)步，且在公路設(shè)計方面已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化與CAD化，這樣一來可以使許多中間環(huán)節(jié)得到了縮減，實現(xiàn)了一體數(shù)字化。在應(yīng)用全站儀等相關(guān)儀器設(shè)備來進(jìn)行公路勘測過程中往往會受到通視與地理環(huán)境等因素的制約，而使作業(yè)強(qiáng)度增大、周期長且工作效率偏低等情況。而應(yīng)用GPS靜態(tài)方式來建立總體控制網(wǎng)實現(xiàn)測繪帶狀地形圖，以及線路平面、縱面以及橫斷面等測量，進(jìn)而可以很好地為勘測階段提供相關(guān)控制依據(jù)。在高速公路測繪中應(yīng)用GPS技術(shù)可以有效地提升中線測量工作質(zhì)量及效率，其有著極為可觀的發(fā)展前景。

5.結(jié)論

總的來說，GPS測量技術(shù)在高速公路施工過程中起到十分重要的作用。正是該技術(shù)的極高精確度以及其無需通視等各項優(yōu)勢使得其測量工作效率得到了有效地提升。另外，將該技術(shù)應(yīng)用到道路勘測以及施工放樣等相關(guān)作業(yè)中可以有效地縮短時間的同時還可以有效地節(jié)約成本，且在質(zhì)量方面也更有保障。

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