谈GPS在公路工程施工测量中的应用

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摘要：作为一项重要的技术工作，施工测量在公路工程施工建设中占据重要地位，结合传统测量方法的不足，对gps在公路工程施工测量中的应用进行介绍，并总结GPS在公路工程施工测量应用中的优越性及不足。

关键词：GPS；公路；施工测量；优越性

Abstract: as an important technical work, the construction survey in highway engineering construction occupy the important position, combined with the traditional measuring method and the lack of GPS in highway engineering construction to the measurement of the application are introduced, and summarizes the highway engineering construction survey GPS application advantages and disadvantages.

Keywords: GPS; Highway; The construction survey; superiority

中图分类号：P228.4文献标识码： A 文章编号：

1 GPS系统简介

GPS是全球定位系统 (Global Positioning System)的英文缩写，用于卫星导航，是一种具备全球性、全天候、全能性(陆地海洋、航空与航天) 、高效益、自动化、高精度等优势的导航定位、测速、定时系统。

2 公路工程传统测量的不足

（1）对于结点导线间导线长、闭合导线长、附和导线长，规范中均有相关的严格规定，而真正的实际工作中，很难达到规范中的要求，这样就导致了超规范作业。

（2）在对公路进行测量时会收集各种起算点的资料，而这些资料无法保证统一的标准，城市控制点、军测或者国测混杂于其中，这样不仅存在兼容性的相关问题，而且导致测量时的误差。

（3）国家的很多大地点受损严重，对测量作业产生了不利的影响。

（4）地面通视困难也会对传统的测量造成不利的影响。

3 GPS测量在公路建设中的应用

高效率、高精度的GPS测量广泛应用于控制测量领域，并伴随GPS技术不断完善的过程中进一步拓宽应用领域。

3.1 工程控制测量

根据我国行业标准，《公路全球定位系统（GPS）测量规范》（JTJ/T 066―98）的规定，GPS控制网分为一级、二级、三级、四级共四个等级。各级技术参照《公路全球定位系统（GPS）测量规范》。

3.1.1 控制网的布置要求

公路工程GPS控制网应布设成由独立观测边构成的闭合图形，如三角形、多边形或者符合路线；应均匀分布网中相邻点间的基线向量的精度；布置的网点应与原导线控制点、水准高程控制点等地面控制点尽可能的重合，需保证至少有3点重合，不满足时进行联测，并均匀分布这些重合点；考虑到施工方的技术力量和经济指标，同时也为了方便以后用传统测量方法进行项目标段内部或标段之间导线的联测和扩展， 应在GPS网点附近布设通视良好的方位点，这样可方便的完成联测方向的建立。GPS网点和方位点间距离至少应为300m。

3.1.2 控制网点的选点和建立标志

由于可灵活的选取GPS网形状，并且点与点间无需互相通视，所以相比于传统的测量方法，能更方便的进行选点工作。为了方便的进行观测工作，应于交通便利、远离磁场干扰半径外、视线开阔并便于架设仪器的地方布设观测点。同时为了便于以后用其他测量手段联测和扩展，方便施工导线的加密测量和施工放样测量，应尽可能保证所布设网点间的通视。应选用坚固稳定，利于使用和保存的标志和点标石

3.1.3 观测及成果整理

GPS观测作业的主要内容是捕获GPS卫星信号，并对其进行跟踪、处理和量测，进而得到需要的定位信息和观测数据。必须在接收机工作开始前对其进行预热和静置，不同类型和作业模式的接收机操作步骤和方法会存在差异，应按照随机操作手册实施具体操作。对于所得数据的处理可利用相应的GPS后处理软件，结合计算机完成成果的处理。

通常在GPS控制测量中的静态测量模式精度最高，适宜于如隧道互动式立交、特大桥等大型的建筑物。而采用GPS动态测量主要是应用于公路工程的控制测量，测量中能够获得实时定位精度，当实测过程中达到精度要求后即可停止作业，在很大程度上提升了效率。

3.2 公路中线测设

在大比例尺带状地形图上定线后，设计人员在地面上对公路中线标定。使用GPS实时测量后，将中线桩点的坐标输入接收机即可得到放样的点位。由于每个点位测量间的独立性，避免了累积误差，提高了精度。

3.3 公路纵、横断面测量

确定公路中线后，即可结合测图软件和中线桩点坐标绘制各桩点横断面和路线纵断面。这些数据均由测绘地形图时所得，避免了现场测量纵、横断面，降低了外业工作量。也可采用实时GPS测量进行现场断面测量，比传统方法具备更高的精度，并且经济实用。

3.4 施工放样测量

GPS系统目前已形成了较为成熟的系统，可选择的软硬件很多。系统可以通过CDMA网络、3G移动网络模式、电台模式等多种传输模式进行实时数据传输。对于公路工程点、线、面以及坡度等放样工作的进度有很大提升，并可达厘米级的放样精度。比如进行公路工程放样工作时可使用GPS测地通软件，通过手簿版和PC版用局部线形法、元素法和交点法等方式将各种线性基础数据编辑录入，例如复杂的缓和曲线、卵形曲线、S形曲线、复曲线以及一般的竖曲线和直线、水准控制点和导线等。其次应在固定的线路控制点上架设基准站，并利用观测手簿和移动接收站重设当地坐标和进行点校正的工作。进行点校正的工作时应注意的是将控制点的分布在整个测区，尽量按照三角形或四边形进行布设。进行测设工作前应保证在进行点校正的工作后所产生的“水平和垂直残差”达到限差要求。把移动接收机和手簿大致放在线内放样点位置，手簿屏幕即可对移动测杆在路线平面位置上的坐标、地面高程、线性平面、测点距离路线中桩的距离进行实时显示。这样就能方便的进行各种点、线、面的放样工作。若搭配使用卡西欧（CASIO）编程系列计算器，能更加快捷方便的完成放样工作。根据设计图纸中的相关要素，编制相应的计算器程序将路线断面结构尺寸要素和线性要素录入计算器中，利用卡西欧计算器和实际的地面距中距和高程数据推导所需理论距离，在查找所需点位的过程中不断移动测杆位置，直到达到理想的距离。这样就可方便的完成路线开挖桩和坡脚桩的放样工作。

3.5 变形监测

相比较一般工程控制网，变形监测网的精度应高一个数量级，达到毫米级精度。实践表明，若观测时采取天线指北、强制对中等措施分时段并且长时间观测不超过4km的基线向量，精度可达到2~3mm。GPS变形监测公路、隧道、桥梁等工程项目，为其施工带来了安全技术保障。

4 GPS在公路工程施工测量方面的优越性

与常规测量方式相比，GPS卫星定位技术具有一下优势：

1.GPS点之间不要求相互通视，对GPS网的几何图形也无严格要求，所以可自由地灵活布设GPS点。特别是对于特别差的通视条件和测量大型的方格网，能够充分发挥其优越性。

2.定位精度高。GPS采用载波相位进行相对定位，精度可达1ppm。相比较与使用相对中误差，GPS技术采用点位中误差更加的合理，并且具备较为均匀的误差分布，能够满足各项规范要求。

3.观测速度快。目前利用静态定位方式，完成一条基线的相对定位所需的观测时间，根据要求的精度不同，一般为1~3小时。如果采用快速静态相对定位技术，观测时间可以缩短至数分钟。

4.功能齐全。GPS测量可以同时测定测点的平面位置和高程。采用实时动态测量还可以进行施工放样。

5.操作简便。GPS测量的自动化程度极高，作业员在观测中只需要安置和开启、关闭仪器、量取天线高度、监测仪器的工作状态及采集环境的气象数据，而其他如捕获、跟踪观测卫星和记录观测数据等一系列测量工作均由仪器自动完成，提高了将近一倍的效率，这样能够在很大程度上减轻作业人员的负担。

6.全天候、全球性作业。由于GPS卫星有24颗且分布合理，在地球上任何地点、任何时刻均可连续同步观测到4颗以上卫星，因此在任何地点、任何时间均可以进行GPS测量。GPS测量一般不受天气状况的影响。

5GPS的不足方面和需要改进的方面

（1）接收机和卫星间距离的精确计算，是GPS精确定位的前提。这个距离由时间和电磁波传播速度确定。但电磁波在大气层中传播时受到各种干扰，导致GPS系统对该距离的确定存在误差，同时山区的树木以及大城市的高层建筑也会导致信号非直线的传播，对GPS的精确定位引入一定的误差。

（2）控制点位置选取的不同也会在一定程度上影响定位的精度。一些控制点的选取不利于接收信号，造成无法接收信号或者信号受到严重扰动，信号收到扰动后会给精确定位带来误差。

（3）由不同GPS所测得数据会因为GPS系统本身的差异而存在差异，同时GPS测量数据同传统的测量数据也会存在较大差异，因此在数据整合时需要进行平差计算，对其进行修正。

（4）作为一种新兴的技术，GPS技术在发展至今还未形成统一的运用规范。我国目前还未统一地理信息标准，这样导致无法形成统一的电子地图，各厂商均开发独有的地图产品，各版本间的地图无法相互兼容。产品间无法形成一致的规范，而且这个市场也没用相应的行业标准，因此还需要进一步对这个市场规则，产品进行统一的规范，这样才有利于不同GPS系统间的联合使用。

6 结语

在公路工程施工测量中，GPS技术正逐渐扮演着越来越重要的角色，其强大并且独特的功能为公路工程施工测量工作人员带来了很大便利。相比于传统的测量方法，在公路工程施工测量中充分发挥了它的适应性和优越性，但是也存在着一些不足，需要加大研究程度，使其更加适应各种实际的测量工作。在科学技术不断的发展过程中，一定会不断的完善GPS技术，弥补其不足，使公路工程施工测量的精度进一步提高，并使GPS的应用更加广阔，更加普遍。

参考文献：

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