賈俊力

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004)

GPS在高速公路線路控制測量中的應用

賈俊力

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化測量工具已經(jīng)廣泛應用到各行各業(yè)中，并得到了人們的一致性認可。GPS技術(shù)在控制測量中的應用是數(shù)字化測繪發(fā)展取得的重大進步，促進了公路線路測量的發(fā)展，具有非常廣闊的應用前景。主要對GPS技術(shù)在高速公路線路控制測量中的應用進行分析，主要進行路線平面控制布設和平面控制網(wǎng)布設兩部分內(nèi)容，并借助實例進行了具體介紹。

GPS；道路設計；控制測量

1 公路工程測量中GPS功能分類

動態(tài)功能與靜態(tài)功能是公路工程測量中應用GPS技術(shù)的主要功能。動態(tài)功能主要借助衛(wèi)星系統(tǒng)，將確定的三維坐標進行點位，然后實地放樣到地面；靜態(tài)功能可以借助衛(wèi)星信息對地面三維坐標進行確定。只有將GPS全站儀靈活三維極坐標測量技術(shù)與實時動態(tài)定期技術(shù)結(jié)合起來，才能更好的進行無控制網(wǎng)各工程測量。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，此種測量方式已經(jīng)廣泛應用到平面控制網(wǎng)測量中，對工程設計具有很大幫助。動態(tài)定位和快速靜態(tài)定位是實時動態(tài)定位的主要測量模式，只有結(jié)合使用兩種模式，才能實現(xiàn)公路勘測、建立、采集前端收據(jù)、施工放樣等內(nèi)容。

2 高速公路工程測量控制中GPS使用的主要方法

現(xiàn)階段快速靜態(tài)定位模式已經(jīng)成為高速公路工程控制測量中使用的主要方法。使用此種方法時必須保證GPS接收機處于同一流動站上，然后再進行靜止觀測。實施觀測時，主要接受衛(wèi)星和基準同步觀測數(shù)據(jù)，然后對整周未知數(shù)及用戶站三維坐標進行結(jié)算，如果結(jié)算結(jié)果變化穩(wěn)定，則滿足設計要求，此種方法常用于控制測量中。由于常規(guī)測量方法在環(huán)境惡劣地方的測量較困難，而且容易受客觀因素影響，所以準確使用動態(tài)快速靜態(tài)測量(RTK)，可以取得很高的測量結(jié)果。單點定位耗費時間在5～10 min內(nèi)，不到靜態(tài)測量時間的1/5。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時間會不斷縮短，因此可以利用靜態(tài)測量代替全站儀，保證導線測量控制工作的順利進展。

3 布置GPS路線平面控制點

如果公路沒有特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求，而且二級以下公路或城市主干線道路，基本都使用三級GPS控制網(wǎng)。如果將GPS點設置在道路上，可以沿著道路縱向方向，在500～1 000 m之間設置一個GPS控制點。應該將GPS位置控制在距離中線在50～300 m之間，同時必須保證測角、量距、地形測量及定測放線等的順利進展。設定路線平面控制點的時候，必須對橋梁、隧道和構(gòu)造物等的布設進行考慮，滿足控制網(wǎng)對構(gòu)造物布設要求后，分別在大型構(gòu)造物的兩側(cè)設置一對平面控制點。如果進行道路設計時，工程基本走向已經(jīng)確定，可以根據(jù)公路級別、作業(yè)時衛(wèi)星狀況、精度要求、沿線走向等方式進行操作，綜合設計。首先，進行控制測量，主要包括高程控制與平面控制。實地勘查完成后，對沿線路段控制點進行布設，最后組成控制網(wǎng)(測區(qū)控制網(wǎng))。WGS-84是坐標系統(tǒng)中常用的系統(tǒng)，橫軸墨卡托投影是國際上采用的先進投影技術(shù)。作業(yè)規(guī)范可以按照國家測繪局頒布的全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范實施操作，由于考慮到工程具體放樣，所以必須在GPS控制網(wǎng)基礎上對二級導線進行加密處理。

4 布設GPS路線平面控制網(wǎng)

布設GPS路線平面控制網(wǎng)時一定要綜合設計。如果路線較長，可以根據(jù)可視距離將路線劃分為若干個投影帶。在各個分帶的交匯處布設一對通視GPS點，進行選點操作時，可以使用點測距儀進行測距，減低選點復雜度，同時進行二級導線加密，保證兩個GPS點之間可以進行通視。為了將GPS控制網(wǎng)投影變形值控制在2.5 cm/km以下，可以利用公路補償坐標系。進行平差時，可以將WGS-84的系統(tǒng)邊作為起算邊，然后進行無約束平差計算。對控制網(wǎng)自身符合精確度檢查時，基線向量不能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，同時剔除含有粗差的一邊。設計GPS控制網(wǎng)時，應該將其劃分為一個或者若干個獨立的管理環(huán)，而且有較多的閉合條件，GPS控制網(wǎng)由非同步GPS觀測形成多邊形閉合環(huán)或附和路線時，必須滿足以下條件：(1)四級GPS控制網(wǎng)不超過8條；(2)三級GPS網(wǎng)不超過7條；(3)二級GPS網(wǎng)不超過6條；(4)二級GPS網(wǎng)不超過8條。三級GPS 網(wǎng)采用點連式布網(wǎng)、鉸鏈導線式布網(wǎng)，同時GPS控制網(wǎng)中不包含自由基線。實施GPS控制網(wǎng)測設時，應該將GPS控制網(wǎng)和周圍的國家平面控制網(wǎng)點聯(lián)測等級一致，聯(lián)測點數(shù)控制在3個之間，保證可以控制本控制網(wǎng)，而且分布均勻。具體控制網(wǎng)技術(shù)要求指標如表1所示。

表1 GPS技術(shù)網(wǎng)主要技術(shù)指標

5 實例分析

5.1 工程概況

青銀高速公路石家莊段的設置線路正線長度為60 km。測量區(qū)域海拔高度在35～150 m之間，比較線長12 km，此段地勢平坦，交通便捷，按照控制測量1∶2 000比例對象完成測繪。該區(qū)域農(nóng)作物較多、工期短，使用傳統(tǒng)全站儀根據(jù)完成不了測量任務，所以本次使用GPS測量方法進行控制測量工作。

5.2 進行數(shù)據(jù)采集和基線解算及檢核

(1)采集數(shù)據(jù)

本次數(shù)據(jù)采集使用野外首級控制網(wǎng)Ashtech-12型雙頻GPS，利用靜態(tài)方式測量。衛(wèi)星高度角控制在15°，歷元間隔為15 s，有效觀測衛(wèi)星數(shù)大于5，PDOP數(shù)值控制網(wǎng)時段長度在45 min以上，重復測站次數(shù)大于2；次級控制網(wǎng)時段長度空載在35 min以上，重復測站大于1.6，根據(jù)基線實際情況調(diào)整時延觀測時間。

(2)基線解算和核檢

觀測任務完成后，必須加注基線階段軟解對GPS原始收據(jù)進行基線驗算，保證各個基線箱梁的基線在99%以上，而且所有基線都必須進行固定雙差分解。

①首級控制網(wǎng)。如果有3個同步閉合差超限，必須剔除。網(wǎng)的組成及機構(gòu)必須符合規(guī)范要求，而且剔除的同步不會重復測量。其他基線向量的檢核結(jié)果如表2所示，可以將控制網(wǎng)中的各個基線指標控制在限差之內(nèi)，然后再進行平差計算。

表2 首級網(wǎng)基線檢核精度

②初級控制網(wǎng)。對7個初次控制網(wǎng)中的基線向量檢核可以按照如下方式操作：三邊同步閉合差的最大值為7.6mm，與相對閉合差4.1ppm，附和線路的最大閉合差是6cm，復測基線較差1.8mm，將各條基線指標控制在一定范圍內(nèi)，然后再進行平差計算。

5.3 對平差計算結(jié)果和精確度進行統(tǒng)計

利用TGPPS計算平差，先進行三維無約束平差，然后再進行二維約束平差計算。(1)首級控制網(wǎng)。平差結(jié)果顯示，基礎向量最大值是1mm，限差為88mm，可以確定無粗差基線向量存在。(2)次級控制網(wǎng)。七個次級控制網(wǎng)中，基線向量的最大改正值是2mm，限差是35mm，可以認為網(wǎng)中不出現(xiàn)粗差基線向量。七個次級網(wǎng)均達到最大邊相對誤差精度要求，比點位中誤差小5mm，可以說明次級網(wǎng)精確較高。

6 結(jié)束語

經(jīng)過本文分析發(fā)現(xiàn)，GPS控制網(wǎng)觀測主要進行天線安置、觀測作業(yè)、作業(yè)成果記錄等內(nèi)容，進行測量時，測量人員必須認真觀測，減少工程測量存在的誤差及損失。經(jīng)過國內(nèi)眾多GPS測量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)測量工作都存在一定的誤差和錯誤，所以在應用先進測量技術(shù)的同時，測量人員還應該保持嚴謹?shù)臏y量態(tài)度，促進高速公路線路測量的進展。

[1] 梁建昌;李衛(wèi)國.GPS在青銀高速公路線路控制測量中的應用[J].石家莊鐵道學院學報,2014,(5).

[2] 肖琦.淺談GPS在公路線路控制測量中的應用[J].林業(yè)勘察設計,2012，(6).

[3] 劉強.淺談GPS在高速公路應用中的高程控制測量[J].焦作大學學報,2014，(3).

2017-04-22

賈俊力(1984-)，男，山東茌平人，工程師，研究方向：高速公路建設。

U412

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1008-3383(2017)02-0016-02