GPS测量系统在公路建设中的应用浅析

GPS测量系统在公路建设中的应用浅析

罗春玲

GPS测量系统在公路建设中的应用浅析

罗春玲

（中铁十八局隧道公司，天津300000）

摘要：GPS全球定位系统作为新形式测量系统，已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。GPS全球定位系统（GlobalPositioningSystem）在公路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。

关键词：GPS定位系统；公路工程；控制测量；应用

GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。

1GPS测量的技术特点

相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：

（1）测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

（2）定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500km的基线上可达10-6～10-7。

（3）观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。

（4）提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

（5）操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

（6）全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

2GPS系统在公路工程测量中的应用

公路路线一般处在一条带状走廊内。其平面控制测量往往采用导线形式，这包括附合导线、闭合导线、结点导线等导线网形式。对于重要构造物如大桥、特大桥、长大隧道等，也有布设成三角网、线形锁等形式。

公路工程的测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。

2.1大地测量法

主要采用大地测量仪器如经纬仪、全站仪、测距仪等。在公路测量中采用测边网，高程采用测距三角高程，按照观测技术要求进行施测。

2.2GPS静态测量法

GPS静态测量法就是根据制定的观测方案，将三台接收机安置在待定点(a2，c1，c2，c3)上同时接收卫星信号，直至将所有环路观测完毕。

2.3大地测量法与GPS测量法结果比较

由于两种测量方法本身的测量误差和坐标转换数学模型误差以及在平差计算中观测量权配置等因素引起两种测量方法的结果存在一定的差值，由于其三维坐标差值均小于±10mm，因此可以满足公路的测量精度要求。

3常规测量方法的缺陷

3.1规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10km，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。

3.2搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。

3.3国家大地点破坏严重，影响测量作业。由于国家基础控制点，大多为二十世纪五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50km以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。

3.4地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求布设在距路线的300m范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。

利用GPS测量能克服上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了高等级公路测设质量。

4GPS测量的具体技术应用

4.1GPS测量的外业施测

（1）选点

GPS测量测站点间不要求一定通视，图形结构也比较灵活，因此选点比较方便，考虑到GPS测量的特点与本工程的实际情况，控制点大多选在大楼的楼顶，根据工程的需要，必须利用常规测量进行一级导线的加密，因此，选择了三对通视并可落地的点，分别为：WHJD和GMB，DJK和DJW，JYDS和NYT。

（2）观测

根据GPS作业调度表安排进行观测，采样静态相对定位。卫星高度角15度，时段长度为1小时，采样间隔10秒，在4个点上同时安置4台接收机（对中，整平，定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关的数据，开始观测。

4.2GPS测量的内业数据处理

GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段。

基线解算

基线向量的解算一般采用多站，多时段自动处理的方法进行，具体处理中应注意以下几个问题：a.基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过30km的基线，解算时也可采用三差相位观测值。b.在采用多台接收机同步观测的一个同步时段中，可采用单基线模式解算，也可以只选择独立基线按多基线处理模式统一解算。c.同一级别的GPS网，根据基线长度不同，可采用不同的数据处理模型，但是0.8km内的基线须采用双差固定解。30km以内的基线，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。30km以上的基线，可采用三差解作为基线解算的最终结果。

5GPS在公路工程的控制测量上的发展前景

公路工程的测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。通过以上对GPS测量的应用事例的探讨，可以看出GPS在公路工程的控制测量上具有很大的发展前景：

（1）GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。

（2）GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。

（3）GPSRTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。

（4）GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。

（5）GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。