探讨GPS技术在高速公路工程测量的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 探讨 GPS 技术在高速公路工程测量 的应用 【摘要】全球定位系统（GPS） 有着精确、高效的测量优势，本文针对 它的优势特点、应用范围以及常见问题 与解决方法进行阐述，并探讨了 GPS 在高速公路工程测量中发挥的作用。 中国论文网 /2/view-12791724.htm 【关键词】GPS ；工程；测量； 应用 中图分类号：TU198+.2文献标 识码： A 文章编号： 1 引言 随着社会经济的迅猛发展，交通 量也呈逐年剧增，而且早期的高速公路 已经完全不能满足实际需要，使得局部 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 地区出现了交通饱和状态，所以建设高 等级的高速公路是势在必行的，但公路 等级的提高也代表着对公路的勘测、施 工、设计、管理等方面的要求也越来越 高。虽然我国在公路勘测中已经使用了 电子全站仪等较为先进的仪器设备，但 常规的测量方法又经常受作业条件、通 视条件等各种因素的限制，使其作业强 度大，效率低，事倍功半。而近些年随 着 GPS 技术定位精度的快速提高，使 其在导航、精密授时以及定位上都得到 了利用，而且在工程测量与工程改扩建 中的使用次数越来越多。我们知道， GPS 技术不仅具有直观性、快捷性以及 实时性，并且点位的误差不会出现累积， 这就使得 GPS 技术在高速公路工程中 得到了广泛地的应用。 2GPS 测量概况 GPS 我们也称其为全球定位系统， 最早起源于美国，是美国在 20 世纪 70 年代起开始实行研制的。最近几年，我 国 GPS 技术开始更加广泛地应用于高 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 速公路工程中，并且引发了这一领域的 新革命。GPS 主要由空间卫星部分、地 面的监控站部分以及用户的接收机这三 大板块组合而成，利用 GPS 技术能够 促使高速公路工程的测量从比较传统的 手工式作业或者模拟测绘的模式向着一 体化、自动化、信息化以及数字化的方 向发展。GPS 拥有高精度、全天候以及 高效益等特点，因此，其对于工程的测 绘来说具有重要的作用。 3GPS 测量的特点 3.1 测量的精度高 一般情况下，双频的 GPS 接收 机的基线解精度相对于红外仪更为优异， 为 5mm+1ppm。但总体来讲，GPS 与红 外仪的测量精度相差不大，但 GPS 的 精度是随着测区面积增大而提高。其他 的常规测量方法主要是依据控制网的分 级布网逐级控制的原则，但该控制网却 无法科学有效地控制住测量的误差。而 通过使用 GPS 测量技术所建立起来的 大地控制网，解算独立型基线矢量以及 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 各站同步的观测卫星，在实行网平差时， 基本上不会受到传算的误差影响。如果 设置成没有固定点型的自由网，则可以 更好地避免有可能产生的传算误差，进 而提高测量的精度。 3.2 操作简单方便 GPS 最大的一个特点就是高自动 点，现在的 GPS 接收机越来越小，智 能操作也越来越简单，这就无需严格要 求观测人员的技术水平。测量过程中， 仅需将天线进行对中，再整平，然后量 取天线的高度，最后打开仪器电源即可 以自动进行检测，对相关数据进行处理 后，便可得出后测点的三维坐标。而类 似于捕获卫星、跟踪观测等工作也是通 过仪器自行完成。 3.3 观测时间短 测站的观测时间都是由 GPS 进 行控制的，可将其控制在 30min40min 之间，而采用快速静态定位法可以对缩 减观测时间很有帮助。如通过 Tmi ble4800GPS 接收仪器的 RTK 可在 5 秒 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 内便得到测点的三维数据。 3.4 全天候作业 GPS 测量可以不受时间、地点连 续性的进行测量，并且对地理与天气的 环境也没有要求，是技术人员和测量单 位选择使用 GPS 测量的主要原因之一。 3.5 测量站之间无须通视 测量学的一大难题便是测量站之 间的一直互相通视，测量人员想在地形 复杂的地区找到合适的通视点极为困难， 而 GPS 的特点便是测量点之间的无须 通视，可以更加灵活方便的选择通视点， 为了保证信号的接受效果，最好选择地 点宽阔的地方作为测量站点。 4GPS 技术在高速公路工程测量 的应用 4.1 公路三维数据的测量 高速公路的勘测阶段首先是要进 行控制测量，它的任务是要根据路线的 走向设施控制点，从而进行平面控制和 高程控制测量，是为顶线测设、绘制路 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 线图和施工放样打下基础。使用 GPS 定位技术，可替代传统的路线控制测量 导线法，根据它的优点，在统一的坐标 下经过内业的处理可以提供控制点的三 维数据。 4.2 绘制比例较大的地形图 高速公路多是选择大比例尺，在 带状图上使用传统的测图方法进行测绘， 首先要建立一个控制网，再进行碎部测 量，制成大比例尺的地形图。但是这样 的方法不仅速度慢、时间长还会有很大 的工作量产生。而使用 GPS 实时动态 测量，只需要输入它的属性信息和采集 到的碎部点，在室内即可完成构成碎部 点的数据绘图，这样的方法不仅使采集 的速度加快，降低了测图的难度还节省 了时间和人力。 4.3 公路中线的测设 设计人员需要将根据大比例尺的 带状地形图定线，在公路的地面上标定 出来，使用实时 GPS 测量法，只要将 中线上的坐标逐点输入到 GPS 接收机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 内，便会定出相应的放样点位，因为点 位的测量是独立完成的，所以各点的放 样精度都趋于一致，不会出现累计的误 差。 4.4 变形观测和施工测量 变形监测比一般工程的控制网高 出一个数量级，可以到达毫米级的精度， 实践证明，采用强制对中，并用长时间、 分时段的进行观测，在长度 4kin 以内的 基线上可达到 2mm-3mm 的精度，所以 GPS 可以完全应用于变形观测中。同时 在施工中，实时 GPS 系统对点、面、 线及坡度等放样也很方便和快捷，可以 达到厘米级的精度，是一种良好的硬件， 也是一种丰富的可选择性的软件。 4.5 工程控制测量 静态测量在 GPS 控制网中是最 精密的测量方法，对于一些大型的建筑 物，如隧道，立交，大桥等进行控制。 而实时 GPS 动态测量则可采用在一般 工程的控制测量中。动态测量在测量过 程中可以实时获得定位的精度，在到达 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 要求的精度点位时，可以停止测量，很 大程度的提高了作业效率。因为不要求 测量点之间必须通视，所以使测量更为 简便易行。 5GPS 应用中存在的技术问题的 解决方法 5.1 工程投影变形的处理 规定指出测量区不可偏出中央子 午线 15km，所以 GPS 内业数据处理时， 需将高斯投影变形中对坐标成果的影响 消去，对公路勘测的控制网建立十分重 要。 通常的方法是将测区的平均子午 线视为中央子午线，对已知的点进行换 带计算，再进行二维的约束平差。虽然 这是可行的消除方案，但因为它的横坐 标较大的绝对值有时可达几十公里，从 而给工程施工、接图和利用老图施工带 来了不便。所以强制约束法可以很好的 解决老图的使用问题，方便工程的施工， 并且有效的消除了投影变形。 以实际工程为例：某高速公路工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 程项目处于浙闽交界地带，总长 54.7KM。中央子午线 11930，跨度较 大。解算出的结果与福建省内控制点偏 差较大，施工不便。因而在实际解算中， 以原有的 D 级点位基础，分段解算，分 段平差。将每段内的平均子午线作为其 中央子午线，这样也能很好的解决问题， 消除投影变形。 5.2 内业平差的优化处理 GPS 在公路勘测中主要应用于平 面的控制网，即每隔 3km 设一对通视， 并埋设 GPS 点。虽然主要的设置有利 于以后全站的附合导线，但对于内业数 据处理的过程会存在较明显的不合理部 分，很大程度的削弱了整个控制网的点 位精度。 所以在具体应用时应按照以下两 个方面进行处理：首先，按常规进行检 验，经过检验合格后进入网平差计算。 其次，在保证所有坐标结算的前提下， 删除 GPS 控制网的基线边，进行三维 网平差，二维约束平差。由于经过基线 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资