李發(fā)珍(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，安徽滁州 239000)

公路工程控制測(cè)量中GPS的應(yīng)用分析

李發(fā)珍
(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，安徽滁州 239000)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使人們的生活發(fā)生了天翻地覆的變化，依托高新技術(shù)，各行各業(yè)均獲得了飛速發(fā)展。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)是一個(gè)中距離圓形軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能在地球表面大部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)定位、測(cè)速、時(shí)間測(cè)量等功能?，F(xiàn)已在各行各業(yè)推廣應(yīng)用，地質(zhì)工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量等均可見到它的身影。本文主要對(duì)GPS在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行分析，結(jié)合該技術(shù)的特點(diǎn)和公路工程控制測(cè)量的應(yīng)用需求，總結(jié)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以供業(yè)內(nèi)同行參考借鑒。

公路工程；GPS；控制測(cè)量

近年來，我國科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，各類先進(jìn)技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，為各行各業(yè)的發(fā)展添加了新動(dòng)力。GPS定位系統(tǒng)的足跡現(xiàn)已遍布多個(gè)領(lǐng)域，研究人員發(fā)現(xiàn)，在公路工程控制測(cè)量過程中，合理運(yùn)用該技術(shù)能有效提升測(cè)量結(jié)果的精確度，為公路工程后續(xù)工作的順利開展奠定良好基礎(chǔ)[1]。GPS在公路工程中的應(yīng)用有著非凡意義，這很大程度上取決于其自身特點(diǎn)，GPS測(cè)量技術(shù)在定位精確度、工作效率、操作便捷度、應(yīng)用時(shí)限上均有著顯著優(yōu)勢(shì)?；诖?，本文對(duì)GPS在公路控制測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行深入探討，為充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值、更好地滿足公路工程控制測(cè)量需求略盡綿力。

1 公路工程控制測(cè)量的發(fā)展情況

當(dāng)前，GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用價(jià)值已受到廣泛認(rèn)可[2-3]。其在公路工程建設(shè)起步階段，有助于設(shè)計(jì)人員更準(zhǔn)確地掌握公路路線情況，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)，設(shè)計(jì)出最為合適的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后期工作奠定根基。改革開放以來，我國公路建設(shè)事業(yè)始終維持著穩(wěn)定發(fā)展的良好勢(shì)頭，并取得不俗成績(jī)，而這些均很大程度上歸功于路線的勘測(cè)。眾所周知，我國公路建設(shè)的主要特點(diǎn)為規(guī)模大、技術(shù)要求高、施工周期長(zhǎng)等。提前掌握施工路線的詳細(xì)情況有利于施工圖的設(shè)計(jì)，而普通技術(shù)手段精密度低，并不能夠很好地滿足業(yè)務(wù)需求。GPS的出現(xiàn)，將公路工程的線路勘測(cè)水平提升到了新的高度，布網(wǎng)困難、精度要求不達(dá)標(biāo)等常見問題也就此迎刃而解。進(jìn)入21世紀(jì)后，GPS已深度滲透進(jìn)公路工程控制測(cè)量中，江蘇徐連高速公路、云南元磨公路等均采用了GPS進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。在路線勘測(cè)過程中，GPS技術(shù)發(fā)揮著舉足輕重的作用。在它的幫助下，我國公路建設(shè)事業(yè)如虎添翼，各環(huán)節(jié)工作精度也獲得了提升，公路工程的整體質(zhì)量也較從前有了明顯改善。

GPS應(yīng)用于公路控制測(cè)量時(shí)，通常至少會(huì)設(shè)置三臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)連續(xù)性觀測(cè)，采集并整合觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，即可得出兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)差，僅需掌握其中一點(diǎn)坐標(biāo)值便能順利推算出另一坐標(biāo)值[4]。該方法的定位準(zhǔn)確度高，因此多被應(yīng)用于以大地測(cè)量為代表的高精度測(cè)量領(lǐng)域。GPS技術(shù)憑借精密度高、工作效率高且操作便捷等特點(diǎn)，得以在現(xiàn)代化公路控制測(cè)量中推廣應(yīng)用。而隨著對(duì)GPS技術(shù)研究的不斷深入，新的研究成果不斷涌現(xiàn)，不僅為其應(yīng)用拓展了新領(lǐng)域，還使得公路工程控制測(cè)量得到了良好的發(fā)展。在GPS技術(shù)強(qiáng)大功能的幫助下，公路工程控制測(cè)量水平較從前有了極大的提升。

2 GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

GPS測(cè)量技術(shù)定位準(zhǔn)確、使用時(shí)限長(zhǎng)、操作便捷且工作效率高，將其應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域中，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)將得以充分發(fā)揮。在測(cè)量站間，GPS的應(yīng)用對(duì)通視條件并無過多要求[5]。通常情況下，測(cè)站間通視條件是測(cè)量工作首先需要考慮的一個(gè)問題，受到通視條件的影響，許多測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用均受到了不同程度的限制。相較之下，GPS測(cè)量技術(shù)則完全不存在這方面的顧慮，但凡在應(yīng)用條件下，GPS系統(tǒng)只要能夠接收衛(wèi)星信號(hào)，便足以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。GPS測(cè)量技術(shù)能夠應(yīng)用于任何條件，不會(huì)受到時(shí)間、天氣等因素的限制，并能全天候作業(yè)，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)。不僅如此，GPS技術(shù)還可提供三維坐標(biāo)，充分滿足高精度領(lǐng)域的測(cè)量需求。在進(jìn)行平面測(cè)站工作的過程中，GPS測(cè)量技術(shù)能夠準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)地面高程，定位精度較高，可同紅外儀相媲美。即便是測(cè)量距離較遠(yuǎn)，其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性依然有保障，不會(huì)受其影響。借助GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)的過程中，各測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間通常為30～40分鐘，相較之下，借助GPS快速靜態(tài)定位法，則能極大地縮短這一觀測(cè)時(shí)間，且最短觀測(cè)時(shí)間可達(dá)2秒。考慮到GPS測(cè)量技術(shù)附有自動(dòng)化操作功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的自動(dòng)、連續(xù)性接收，操作便捷，極大地減輕了測(cè)量人員的工作強(qiáng)度。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，GPS接收機(jī)的自動(dòng)化水平也有了突破性的進(jìn)展，儀器設(shè)備越來越小，而系統(tǒng)功能則日趨多元化，操作便捷，工作效率高。在實(shí)際操作過程中，測(cè)量人員僅需將GPS接收機(jī)天線調(diào)試完畢后，連接電源、打開開關(guān),便能獲得大量觀測(cè)數(shù)據(jù)。測(cè)量人員通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的采集與整合，最終推算出測(cè)量目標(biāo)的三維坐標(biāo)，定位準(zhǔn)確度高，為后期相關(guān)工作的開展奠定了良好的開端。

3 GPS定位技術(shù)在公路工程控制測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

公路工程的控制測(cè)量工作主要應(yīng)用的是GPS技術(shù)的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)功能，其中，靜態(tài)功能是借助系統(tǒng)采集到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，推算出地面測(cè)量目標(biāo)的三維坐標(biāo)；動(dòng)態(tài)功能即通過衛(wèi)星系統(tǒng)，將已掌握的三維坐標(biāo)位置放樣至現(xiàn)場(chǎng)地面上[6]。從整體上來看，GPS技術(shù)在公路工程控制測(cè)量領(lǐng)域中發(fā)揮著不可小覷的重要作用。在本文中，筆者以某地區(qū)路網(wǎng)改造工程為研究對(duì)象，對(duì)GPS技術(shù)在該工程中省道控制測(cè)量的應(yīng)用進(jìn)行分析，并由專業(yè)人士對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行多番驗(yàn)證，以確保GPS技術(shù)的測(cè)量精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

對(duì)省道線路控制測(cè)量期間，因受到地形環(huán)境、通視條件等因素的影響，在設(shè)計(jì)布網(wǎng)方案時(shí)，起算點(diǎn)取為已知控制點(diǎn)，并以此展開測(cè)算。最終，省道線路控制網(wǎng)應(yīng)用側(cè)邊網(wǎng)，通過經(jīng)緯儀一類工具進(jìn)行大地測(cè)量，以測(cè)距三角高程法測(cè)量高程。所有控制測(cè)量操作均按照相關(guān)規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行[7-8]。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)整合后用于平差計(jì)算,最終確定某一點(diǎn)位置的坐標(biāo)值。通過對(duì)比觀察不同測(cè)量法獲得的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算測(cè)量誤差并分析誤差出現(xiàn)的原因，分析結(jié)果顯示，GPS靜態(tài)測(cè)量法和大地測(cè)量法的測(cè)量結(jié)果的確并不一致，不過兩者間三維坐標(biāo)差值誤差小于1 cm，在設(shè)計(jì)規(guī)范的精度要求范圍內(nèi)。

某開發(fā)區(qū)新建公路工程中，測(cè)量人員借助GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量法對(duì)公路路線進(jìn)行測(cè)量。該工程環(huán)境較為惡劣，且通視條件十分有限。測(cè)量結(jié)果顯示，該公路路線并不符合高等級(jí)公路導(dǎo)線要求，并未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[9]。針對(duì)這一情況，測(cè)量人員在施工前期，借助GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，對(duì)該公路路段進(jìn)行勘測(cè)，根據(jù)勘測(cè)結(jié)果對(duì)中線進(jìn)行了修復(fù)，專門用于測(cè)量多點(diǎn)三維坐標(biāo)，每次測(cè)量時(shí)間為5秒。將測(cè)得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，并計(jì)算邊長(zhǎng)值。為確保本次公路控制測(cè)量結(jié)果真實(shí)、可靠，測(cè)量人員將本次檢測(cè)結(jié)果與既往檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果顯示，GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量法測(cè)得基線共計(jì)18條，其中最大邊長(zhǎng)值誤差達(dá)1.3 cm。測(cè)量結(jié)果顯示，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的精度，故可在主線修復(fù)后進(jìn)行公路工程的施工。研究結(jié)果提示，在公路工程測(cè)量中應(yīng)用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量，所得結(jié)果精密度高，且極大地縮短了觀測(cè)時(shí)間，提升了工作效率，因此將其應(yīng)用于高等級(jí)公路工程控制測(cè)量具有一定的可行性。

4 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從前文有關(guān)GPS測(cè)量應(yīng)用的實(shí)踐研究不難發(fā)現(xiàn)，GPS技術(shù)在公路工程控制測(cè)量中有著極高的應(yīng)用價(jià)值，其在該領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景：

(1)GPS技術(shù)有著極高的精密度，其應(yīng)用并不會(huì)受到工作環(huán)境和距離的影響，所以即便將其應(yīng)用于地形條件較差的地區(qū)，該技術(shù)的應(yīng)用依然能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供科學(xué)、可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)，以供設(shè)計(jì)者參考。

(2)CPS技術(shù)操作便捷，能有效提高工作效率，極大地簡(jiǎn)化工作流程，降低測(cè)量人員的工作強(qiáng)度。不僅如此，該技術(shù)檢測(cè)準(zhǔn)確率高，不會(huì)因人為因素的影響出現(xiàn)較大偏差。所有測(cè)量過程均采用全自動(dòng)化技術(shù)，采集到的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)記錄、自動(dòng)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算，很大程度上減少了工作失誤的發(fā)生。

(3)GPSRTK技術(shù)的引進(jìn)使公路工程的測(cè)量模式迎來了革新。在該技術(shù)的輔助下，測(cè)量者可以實(shí)時(shí)獲取所在位置的空間三維坐標(biāo)，將其用于線路、隧道的勘查，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)地實(shí)施放樣等，極大地簡(jiǎn)化了操作復(fù)雜性，提高了測(cè)量工作的效率。

(4)在GPS技術(shù)的輔助下，測(cè)量人員的工作量得以減少，在一定程度上減少了野外砍伐工作量，工作效率也得以提升。保守估計(jì)，普通GPS測(cè)量技術(shù)的工作效率至少是常規(guī)測(cè)量方法的3倍。工作效率的提升有利于工程整體進(jìn)度的跟進(jìn)，為縮短工期、提高工程整體效益奠定了良好基石。

(5)實(shí)踐證明，GPS高精度高程測(cè)量與高精度的平面測(cè)量結(jié)果并無二致，兩者均為GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。在最近幾年我國高等級(jí)公路開始朝山嶺重丘區(qū)發(fā)展，這部分地區(qū)地形環(huán)境、通視條件、氣候天氣等均較為復(fù)雜，常規(guī)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用會(huì)受到限制。因此，需利用GPS高程測(cè)量來實(shí)現(xiàn)工程控制測(cè)量，相關(guān)工作人員務(wù)必要對(duì)此予以足夠重視。

5 結(jié)語

近年來，我國公路工程建設(shè)事業(yè)蒸蒸日上，以GPS技術(shù)為首的先進(jìn)技術(shù)均在該行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。從目前情況看來，GPS技術(shù)在該行業(yè)中有著不可估量的應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用過程中，GPS技術(shù)受部分因素干擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真的現(xiàn)象仍然存在。隨著相關(guān)研究的不斷深入，這些問題均會(huì)得到妥善解決,可通過對(duì)測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證與檢查來提高檢測(cè)結(jié)果的精度和可信度。筆者通過案例分析，對(duì)GPS技術(shù)在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)工作效率高、操作便捷、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，故認(rèn)為具備推廣的意義與價(jià)值。同時(shí)，有關(guān)該課題的研究仍需繼續(xù)跟進(jìn)，為不斷優(yōu)化GPS測(cè)量技術(shù)，使其更好地服務(wù)于公路控制測(cè)量領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。

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Application Analysis of GPS in the Control Survey of Highway Engineering

LI Fa-zhen

(Chuzhou Vocational Technical College, Chuzhou Anhui 239000, China)

With the development of science and technology, people’s life has greatly changed，and all walks of life have gained rapid development with the high and new technology. Global Positioning System (GPS) is a middle distance circuit orbit satellite navigation system, and can locate in the earth surface for most area and velocity measurement, time measurement and other functions. Now it is popularization in all walks of life, for instance, geology engineering survey, aerial photogrammetry, etc. This paper mainly analyzes the application of GPS and combines with the technical characteristics and the application requirements in the control survey of highway engineering, also can provide reference for the peers.

highway engineering; GPS ; control survey

2017-01-25

李發(fā)珍(1979- )，女，講師，碩士，從事測(cè)繪研究。

P228.4;U412.24

A

2095-7602(2017)06-0094-03