全逸群
中國新興建設(shè)開發(fā)總公司,北京 100089
GPS定位技術(shù)在海外長路線公路測量中的應(yīng)用前景
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中國新興建設(shè)開發(fā)總公司,北京 100089
貝寧共和國阿博公路改造項目起于阿拉達(dá)市(K45+760)至祖省的博伊貢(K117+865.612)終止,全長72.105 612km。在工程測量中用GPS進(jìn)行測量控制、橫斷面測量、水溝涵洞等等的施工測量工作,產(chǎn)生了較為理想的效果,GPS的工程測量技術(shù)在以后的海外長路線公路工程測量中應(yīng)用前景廣闊。
GPS定位;靜態(tài)觀測;工程測量;RTK實(shí)時動態(tài)測量
測站之間須相互通視的問題一直是傳統(tǒng)測量的難題,特別是在進(jìn)行控制點(diǎn)測量時,傳統(tǒng)測量中無論是使用全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等測量儀器,都要求測點(diǎn)之間能夠相互通視。貝寧共和國地處非洲西部,臨近赤道,屬于高溫多雨地帶,草木茂盛。清表前的阿博公路兩側(cè)植被稠密,導(dǎo)致我小組在公路測量過程中,要在高過人的草地里行走,在陡峭的土坡兩側(cè)難以布設(shè)相互通視的點(diǎn)位。并且點(diǎn)位也要根據(jù)地形要求來埋設(shè),一般地段每千米要2~3個點(diǎn),對于環(huán)境復(fù)雜的改線段,每公里要布置6~8個點(diǎn)才能滿足測量需要。由于全站儀測量速度緩慢,所以每天難測1km,轉(zhuǎn)站和搬站占用了大部分時間。
針對以上傳統(tǒng)測量方式存在的問題,阿博公路第三標(biāo)段項目部經(jīng)過研討,決定采用水準(zhǔn)儀配合GPS定位技術(shù)進(jìn)行測量,以提高長路線公路工程的測量效率,節(jié)省測量作業(yè)時間,保證施工順利進(jìn)行。
在使用GPS進(jìn)行靜態(tài)、動態(tài)測量過程中,我們具體從以下幾個方面進(jìn)行實(shí)施。
2.1利用GPS靜態(tài)測量技術(shù)進(jìn)行控制網(wǎng)復(fù)核、加密
在進(jìn)行GPS外業(yè)靜態(tài)測量時,直接將GPS接收機(jī)架設(shè)在所測控制點(diǎn)上接收衛(wèi)星數(shù)據(jù),在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時,利用接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的變化來求得待定點(diǎn)的坐標(biāo)。利用GPS靜態(tài)測量技術(shù)對控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核、加密的優(yōu)點(diǎn)在于即保證了觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,又避免了因路線過長導(dǎo)致的頻繁轉(zhuǎn)站,從而極大地提高了測量效率,加快了測量進(jìn)度。
2.1.1GPS靜態(tài)觀測步驟
1)制定觀測計劃。在施測前,根據(jù)控制網(wǎng)的布設(shè)方案、規(guī)模的大小、精度的要求、參與作業(yè)的GPS數(shù)量以及后勤保障條件(交通、通信)等,制定靜態(tài)觀測工作的進(jìn)程表及接收機(jī)的調(diào)度計劃,以便順利地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的觀測任務(wù)。
2)安置及啟動儀器。(1)在遠(yuǎn)離反射源,避開電磁場干擾的觀測站點(diǎn)上安放三腳架;(2)打開儀器箱,取出基座及對中器,將其安放在腳架上,在控制點(diǎn)上對中、整平基座;(3)從儀器箱中取出接收機(jī),將其安放在基座上,并將其鎖緊;(4)多次量取儀器高,間隔測量的差值少于3mm,計算平均值作為最終控制點(diǎn)標(biāo)石至GPS儀器的最終高度;(5)將主機(jī)調(diào)節(jié)至靜態(tài)觀測模式,待衛(wèi)星指示燈閃爍,即為搜索衛(wèi)星過程,若主機(jī)衛(wèi)星燈進(jìn)入長亮狀態(tài)說明已鎖定衛(wèi)星,直至指示燈按照固定間隔時間閃爍,即為收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)中;(6)在設(shè)計院點(diǎn)位復(fù)核無誤的基礎(chǔ)上對加密點(diǎn)位進(jìn)行靜態(tài)定位測量工作,一般是在三個以上的連續(xù)的控制點(diǎn)上安置GPS,并同時接收衛(wèi)星信號。
3)記錄外業(yè)觀測數(shù)據(jù)。包括主機(jī)以及控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息,為后期的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理做好準(zhǔn)備工作。
4)觀察接收狀態(tài)。在接收機(jī)工作期間,不定時察看接收機(jī)狀態(tài)是否正常。在數(shù)據(jù)采集過程中,防止無關(guān)人員及牲畜在儀器附近走動。
5)關(guān)機(jī)。到達(dá)預(yù)計觀測時間后,在收到小組長的結(jié)束觀測指示后,先關(guān)閉接收機(jī)電源,然后再次量取天線高。將關(guān)機(jī)時間及測后天線高填入觀測手簿后收儀器。
6)根據(jù)預(yù)定觀測計劃轉(zhuǎn)站。在靜態(tài)觀測過程中,由多臺GPS主機(jī)在不同的測站同時進(jìn)行同步觀測,時間由40分鐘到幾小時不等。測量結(jié)束后直接移動儀器至下個相鄰控制點(diǎn),不需通過頻繁轉(zhuǎn)站才能觀測至下一控制點(diǎn),為此大大節(jié)省了測量時間。
7)下載靜態(tài)文件、內(nèi)業(yè)處理數(shù)據(jù)。
2.2提高GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)可靠性的方法
2.2.1增加靜態(tài)觀測的獨(dú)立基線數(shù)
對預(yù)計的GPS網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)時,適當(dāng)增加觀測期數(shù)可以有效的提高靜態(tài)數(shù)據(jù)的可靠性。原因是由于觀測時間段的增加,可增加靜態(tài)觀測的獨(dú)立基線數(shù),為后期數(shù)據(jù)處理提供更多的分析依據(jù),從而提高觀測數(shù)據(jù)的可靠性。
2.2.2確保測站點(diǎn)的重復(fù)觀測數(shù)
通過多次觀測同一設(shè)站點(diǎn),有利于觀測者及時發(fā)現(xiàn)設(shè)站、對中、整平、等人為原因造成的錯誤。當(dāng)在同一測站上多次使用同一臺GPS主機(jī)進(jìn)行多個時段的觀測時,需要測量人員重新安置儀器,避免產(chǎn)生各種操作誤差和錯誤。確保在每個設(shè)站點(diǎn)上有三條以上的獨(dú)立基線相連,有利于提高測站數(shù)據(jù)的可靠性。
2.2.3利用GPS-RTK定位技術(shù)克服地形復(fù)雜,無法通視的困難
在進(jìn)行完控制網(wǎng)的加密測量工作后,就可以直接用GPS-RTK動態(tài)測量技術(shù)進(jìn)行公路測量工作。無需測站點(diǎn)間相互通視,這是傳統(tǒng)測量儀器不能企及的。GPS只要架一次基站,就可以完成4km左右的全部測量工作。在坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集、放樣等測量工作中,可以完全代替全站儀,并且測量精度能夠得到保證。
GPS-RTK技術(shù)外業(yè)的操作方法:
步驟一:室外架設(shè)基準(zhǔn)站。
選擇視野開闊且地勢較高的地方架設(shè)基站,基站附近不應(yīng)有高樓或成片密林(衛(wèi)星接收不好)、大面積水塘(多路徑效應(yīng)嚴(yán)重)、高壓輸電線或變壓器(有干擾)?;究梢约茉O(shè)在未知點(diǎn)和已知點(diǎn)上。
步驟二:GPS和移動站主機(jī)連接
GPS手簿與移動站GPS主機(jī)通過藍(lán)牙連接,在使用UHF電臺時,將差分天線連接在移動站GPS主機(jī)上。設(shè)置移動站,使之與基準(zhǔn)站電臺頻道一致。
步驟三:采集控制點(diǎn)數(shù)據(jù)信息
在兩個及兩個以上的控制點(diǎn)上收集衛(wèi)星數(shù)據(jù),將采集的源坐標(biāo)儲存至記錄點(diǎn)庫。
步驟四:求解轉(zhuǎn)換參數(shù)和高程擬合參數(shù)
在四參數(shù)解算的軟件中,在源坐標(biāo)中輸入通過衛(wèi)星采集的數(shù)據(jù)坐標(biāo),對應(yīng)的在目標(biāo)點(diǎn)庫輸入當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo),加載完數(shù)據(jù)后進(jìn)行解算。四參數(shù)縮放比例越接近于1越可靠。
步驟五:碎部測量
為提高碎布測量和數(shù)據(jù)放樣的效率,可將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息提前錄入GPS手簿中,外業(yè)測量中,打開線路放樣功能界面,快速的進(jìn)行測設(shè)點(diǎn)的放樣。也可進(jìn)行縱橫斷面的數(shù)據(jù)信息的采集,通過格式轉(zhuǎn)換即可進(jìn)行原地貌數(shù)據(jù)計算。
由檢查效果可以看出,GPS定位技術(shù)應(yīng)用相對于傳統(tǒng)的測量方法來講,具有如下突出優(yōu)點(diǎn):
1)觀測不需要通視,測量時選點(diǎn)靈活。不需要建立瞻標(biāo),這樣可以大大減少測量觀測時間。比傳統(tǒng)測量方法適應(yīng)性更強(qiáng),并且作業(yè)不受環(huán)境和距離限制。
2)觀測時間短,采用GPS技術(shù)布設(shè)控制網(wǎng),因其圖形強(qiáng)度系數(shù)高,能夠有效地提高點(diǎn)位趨近速度。布設(shè)控制網(wǎng)時,每個測站上的靜態(tài)觀測時間一般在1個小時左右,且根據(jù)施工需要進(jìn)行任意布設(shè)。測量放樣時,每個點(diǎn)位所需的測量時間不到半分鐘。
3)抗干擾能力強(qiáng),保密性好,可以實(shí)現(xiàn)全天候連續(xù)測量定位。GPS定位技術(shù)性能穩(wěn)定,可在任何地點(diǎn)進(jìn)行全天候工作,一般不受天氣狀況的影響,大大方便了測量作業(yè)。
4)自動化程度高,操作簡便。定位系統(tǒng)可具有自動記錄數(shù)據(jù)、自動平差計算、跟蹤觀測等功能,操作簡單,提高了工作效率。
5)采用GPS定位技術(shù)進(jìn)行測量工作與傳統(tǒng)的測量方式相比,效率可提高一倍以上,并能大幅度降低測量工作人員數(shù)量及相應(yīng)測量工作的勞動強(qiáng)度。
[1]汪燈林.GPS定位技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2009(22).
[2]徐紹銓,張華海,楊志強(qiáng),等.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2013.
TP3
A
1674-6708(2016)171-0128-02
全逸群,中國新興建設(shè)開發(fā)總公司技術(shù)員,研究方向?yàn)楣饭こ虦y量。