尹貴鵬

身份證號(hào)：210904198709142015

GPS 在高速公路工程測(cè)量中的應(yīng)用

尹貴鵬

身份證號(hào)：210904198709142015

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，交通量也呈逐年劇增趨勢(shì)，據(jù)估計(jì)全世界每年由于高速公路、街道和交通系統(tǒng)堵塞延誤造成的生產(chǎn)力損失高達(dá)幾千億美元。建設(shè)高等級(jí)的高速公路是勢(shì)在必行的，但公路等級(jí)的提高也代表著對(duì)公路的勘測(cè)、施工、設(shè)計(jì)、管理等方面的要求也越來(lái)越高。全球定位GPS系統(tǒng)的使用和精確性可以增加高速公路和街道上以及公共交通系統(tǒng)的車(chē)輛的安全和效率。本文主要對(duì)GPS技術(shù)在高速公路工程測(cè)量的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

GPS；高速公路；工程測(cè)量

一、GPS在測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)

1.1 精確定位

一般而言，紅外儀的測(cè)量精度為5mm+5ppm左右，而GPS的測(cè)量精度已經(jīng)能夠達(dá)到紅外儀水平。但GPS的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)距離測(cè)量方面，距離越遠(yuǎn)，精度越高。例如，在基線(xiàn)小于50 km時(shí)，精度在12*10-6左右，但當(dāng)基線(xiàn)在100 m-500 m之間時(shí)，精度能夠達(dá)到10-6-10-7。

1.2 自動(dòng)化

隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今這種技術(shù)已經(jīng)讓數(shù)據(jù)信號(hào)接收機(jī)越來(lái)越小，設(shè)備不斷改進(jìn)、優(yōu)化，已經(jīng)能夠方便測(cè)量人員攜帶。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量人員只需要將天線(xiàn)對(duì)中并且整平，測(cè)量?jī)x器高度并打開(kāi)電源，就可以開(kāi)始測(cè)量了。測(cè)量前需檢查儀器的工作狀態(tài)是否正常。儀器觀測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，只需要采用相關(guān)軟件就能夠達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的處理效果，自動(dòng)計(jì)算出三維坐標(biāo)。

1.3 觀測(cè)時(shí)間較短

對(duì)高速公路的測(cè)量不能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，因此測(cè)量需快速。在使用GPS方式設(shè)置控制網(wǎng)的時(shí)候，每個(gè)站點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間只需要半小時(shí)。如果測(cè)量采用的是靜態(tài)定位，在20千米以?xún)?nèi)的基線(xiàn)中僅需不到5分鐘就能夠?qū)⒛繕?biāo)坐標(biāo)求出。

二、GPS在測(cè)量中的作用

2.1 靜態(tài)定位

這種靜態(tài)測(cè)量方式適用面較廣，能夠?qū)Χ叹嚯x或是長(zhǎng)距離基線(xiàn)同時(shí)適用。在這種測(cè)量中，通常會(huì)用到3個(gè)接收機(jī)，把天線(xiàn)設(shè)立在基線(xiàn)兩端，并標(biāo)記好測(cè)量中心，將其對(duì)中整平。這樣一來(lái)，3臺(tái)接收機(jī)就可以在同一時(shí)間對(duì)高速公路進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量方式需4顆及以上衛(wèi)星，并將采樣率全部設(shè)置在5s-30s之間，截止高度角也應(yīng)相同。

基線(xiàn)之間的精度與距離決定了觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度，長(zhǎng)度可以是幾分鐘，也可以長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)。在測(cè)量中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)解算用戶(hù)站坐標(biāo)(通常都是三維坐標(biāo))以及整周未知數(shù)。結(jié)束觀測(cè)要根據(jù)解算結(jié)果判斷，若結(jié)果的變化沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定趨勢(shì)，則不能停止觀測(cè)。隨著RTK技術(shù)的普及，定位只需要5分鐘-10分鐘即可完成，相信通過(guò)技術(shù)的不斷改進(jìn)，定位時(shí)間會(huì)越來(lái)越短，精度也會(huì)越來(lái)越高，最終將目前高速公路測(cè)量中使用的全站儀完全替代。

2.2 動(dòng)態(tài)定位

在高度公路測(cè)量領(lǐng)域，這種動(dòng)態(tài)定位的發(fā)展前景極為廣闊，能夠達(dá)到測(cè)量縱斷面地面線(xiàn)、圖形測(cè)繪、測(cè)量公路橫斷面以及測(cè)量中樁的作用。測(cè)量時(shí)間較短，一般僅需要2秒-6秒即可達(dá)到精度在1厘米-3厘米的效果。同時(shí)，測(cè)量過(guò)程中無(wú)需通視，相對(duì)于全站儀而言更為方便快捷。

一般而言，高速公路設(shè)計(jì)范圍較廣，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，公路等級(jí)高，在傳統(tǒng)測(cè)量中采用的方式無(wú)法達(dá)到對(duì)精度的要求。在現(xiàn)代化測(cè)量中，GPS技術(shù)的運(yùn)用能夠在平面控制中對(duì)路線(xiàn)展開(kāi)平差分析與導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)測(cè)量，利用GPS對(duì)中線(xiàn)進(jìn)行放樣。這一技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)用于高速公路測(cè)量中，如國(guó)道214、共茶高速以及國(guó)道109，測(cè)量結(jié)果得到一致好評(píng)。

三、高速公路測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)控制網(wǎng)

控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)首先需要嚴(yán)格選取坐標(biāo)系，將“WGS-84”大地坐標(biāo)系統(tǒng)向平面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需確保測(cè)量區(qū)域中投影長(zhǎng)度不超過(guò)每千米2.5厘米的變形值。坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇可根據(jù)以下兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定：

1)投影長(zhǎng)度≤每千米2.5厘米：這種情況應(yīng)選用平面直角坐標(biāo)系，高斯正形為3度。在條件適用情況下，也可采用抵償坐標(biāo)系。

2)投影長(zhǎng)度＞每千米2.5厘米：這種情況下必須使用抵償坐標(biāo)系，以免測(cè)量出現(xiàn)誤差。當(dāng)需要測(cè)量的高速公路長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)投影帶的有效范圍時(shí)，應(yīng)設(shè)置多個(gè)投影帶，在每?jī)蓚€(gè)投影帶范圍交疊的地方設(shè)置能夠相互通視的GPS測(cè)量點(diǎn)。

3.2 具體測(cè)量應(yīng)用——以某高速為例

在一條全長(zhǎng)約146千米的高速公路中，設(shè)計(jì)有5座隧道與23座橋梁，其中有3條隧道屬于特長(zhǎng)隧道。

在使用GPS技術(shù)展開(kāi)測(cè)量時(shí)，需要從高速路段開(kāi)始的地方起，每5千米至8千米設(shè)置一對(duì)觀測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間需要相互通視，間距在600米左右即可。由于這條高速公路中存在特長(zhǎng)隧道，在對(duì)長(zhǎng)度在1500米以上的隧道進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)在隧道中間位置以及兩端分別布置測(cè)量點(diǎn)，若橋梁長(zhǎng)度在200米以上時(shí)，也應(yīng)以這種形式布設(shè)，保障放樣需求的合理化。在本次研究中，全線(xiàn)一共埋設(shè)了63個(gè)GPS二級(jí)測(cè)量點(diǎn)與4個(gè)三級(jí)測(cè)量點(diǎn)。實(shí)際測(cè)量中，將橋梁與隧道中鋪設(shè)的二級(jí)測(cè)量點(diǎn)作為首級(jí)平面控制網(wǎng)。

在本次研究中，對(duì)這一高速公路的測(cè)定共投入了17名研究員，其中8名為專(zhuān)業(yè)人員，另外9名為輔助研究員。設(shè)備方面，共使用了8臺(tái)GPS接收機(jī)(Leica SR530)，測(cè)量平面精度控制在3毫米±0.5ppm。觀測(cè)時(shí)間在一小時(shí)左右，并且每15秒進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采樣。整個(gè)測(cè)量工作僅用時(shí)7個(gè)工作日。

3.3 導(dǎo)線(xiàn)控制

在研究的高速公路中，從公路起始處開(kāi)始，每隔600米左右設(shè)立一級(jí)導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)一個(gè)，全線(xiàn)一共設(shè)置了212個(gè)導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)。測(cè)量?jī)x器選用的是南方9600型以及Leica SR530這兩種設(shè)備，采用靜態(tài)測(cè)量方法，在10分鐘內(nèi)每隔15秒采集一次數(shù)據(jù)。

3.4 攝影測(cè)量

攝影測(cè)量一般采用飛行器為載體，間隔相同時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。攝影需要按照一定比例進(jìn)行，比例尺根據(jù)地形圖確定。例如，在一副1比2000的地形圖中，攝影比例應(yīng)該設(shè)定在1比10000；本次研究的高速公路測(cè)量中，在平差處理之后能夠?qū)y(cè)量精度達(dá)到100毫米左右，最弱邊相對(duì)中誤差在1/53768，高程數(shù)據(jù)是根據(jù)GPS計(jì)算中的擬合法解得出，符合計(jì)算要求。

四、總結(jié)

綜上所述，公路工程建設(shè)技術(shù)以及施工工藝越來(lái)越先進(jìn)，建設(shè)地點(diǎn)周?chē)牡乩憝h(huán)境又極為復(fù)雜，傳統(tǒng)經(jīng)典的測(cè)量手段己經(jīng)很難滿(mǎn)足公路工程建設(shè)的需要GPS技術(shù)的迅速發(fā)展，為公路工程控制測(cè)量提供了先進(jìn)高效的測(cè)量手段。將GPS相對(duì)定位技術(shù)應(yīng)用于公路工程的控制測(cè)量中，不僅極大的推動(dòng)了GPS技術(shù)本身的發(fā)展，而且對(duì)公路的控制測(cè)量也具有極大的意義。

[1]謝強(qiáng).GPS技術(shù)在高速公路工程測(cè)量中的應(yīng)用研究分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017(5).

[2]秦海濤，何宇翔，萬(wàn)勇.GPS RTK技術(shù)在高速公路工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn)，2009(5)：110-112.