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        GPS技術(shù)在公路平面控制測(cè)量中的應(yīng)用

        2020-04-30 15:46:04
        關(guān)鍵詞:精確度測(cè)量

        (四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610000)

        1 GPS技術(shù)控制測(cè)量工作的原理

        在GPS 技術(shù)應(yīng)用時(shí),其控制測(cè)量的工作原理如下:首先,選擇精確度較高的靜態(tài)相對(duì)定位方式進(jìn)行測(cè)量控制,在GPS 網(wǎng)點(diǎn)中選點(diǎn)埋石,每隔固定的距離設(shè)置一個(gè)GPS 觀測(cè)點(diǎn),比如在國(guó)家規(guī)定的GPS 網(wǎng)點(diǎn)上布置四等GPS 控制點(diǎn)32 個(gè),要求選點(diǎn)時(shí)必須選擇在穩(wěn)定平坦的開闊土地上,且應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源以及高壓輸電線,最好沒有大面積的水域,在選點(diǎn)后應(yīng)在坐標(biāo)系圖上標(biāo)定位置并繪制點(diǎn)。然后再在觀測(cè)站點(diǎn)上安裝GPS 接收機(jī)觀測(cè)衛(wèi)星信號(hào),接收信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理,確定基線兩側(cè)在坐標(biāo)系中的相對(duì)位置。此外,為了減少因觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置或相位測(cè)量誤差,可利用載波波長(zhǎng)、測(cè)量精確度高的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行載波相位觀測(cè)量。該應(yīng)用原理是因?yàn)? 個(gè)及以上的測(cè)站點(diǎn)在同一時(shí)間段內(nèi)可同步觀測(cè)相同衛(wèi)星信號(hào),因此接收機(jī)的鐘差和衛(wèi)星誤差相差不大。

        2 GPS技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

        2.1 定位精確度較高

        經(jīng)過多次項(xiàng)目測(cè)量實(shí)踐證明,GPS 控制測(cè)量的精確度較高,在基線上設(shè)置多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位時(shí),在800 km以上進(jìn)行定位測(cè)量精確度可達(dá)10-8,在100 km~500 km 內(nèi)進(jìn)行定位測(cè)量的精確度達(dá)10-6~10-7,在小于50km 內(nèi)進(jìn)行定位測(cè)量時(shí)精確度可以達(dá)到1~2×10-6。

        2.2 測(cè)站之間不需要通視

        GPS 控制測(cè)量時(shí)一般不要求在測(cè)站之間保持通視,只要將測(cè)站點(diǎn)設(shè)置在平坦開闊的土地上即可,這樣不但方便測(cè)量,而且也減少了大量的造價(jià)費(fèi)用。因?yàn)椴灰笸ㄒ?,所以點(diǎn)位位置以及相互之間的距離只要根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置即可,距離和點(diǎn)位選擇比較靈活,省去了大量在觀測(cè)網(wǎng)中計(jì)算選點(diǎn)的工作,降低了工作難度,而且也能保證測(cè)量的精確度。

        2.3 GPS數(shù)據(jù)處理結(jié)果能夠提供三維坐標(biāo)

        在測(cè)量控制中應(yīng)用GPS 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,處理后得到的結(jié)果可通過坐標(biāo)顯示,并將平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)分開進(jìn)行計(jì)算,所得數(shù)據(jù)可以通過前后對(duì)比得到精確定位的測(cè)站點(diǎn)平面位置,另外還能獲得高程點(diǎn)位的三維坐標(biāo)。

        2.4 GPS能夠全天候作業(yè)

        利用GPS 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量控制,可以全天候工作,這是因?yàn)镚PS 設(shè)備的適應(yīng)性很強(qiáng),在任何環(huán)境下都能進(jìn)行施測(cè)作業(yè),即便是在惡劣環(huán)境下也能得到精確度的測(cè)量數(shù)據(jù),并且能在全球任意點(diǎn)位和任意的時(shí)間進(jìn)行持續(xù)性觀測(cè)。

        2.5 GPS接收機(jī)輕巧,操作方便

        GPS 接收機(jī)日益朝著小體積、低重量、便于攜帶和運(yùn)輸?shù)姆较虬l(fā)展,在采用GPS 進(jìn)行野外觀測(cè)控制時(shí),測(cè)量人員只要在測(cè)站點(diǎn)上安裝接收機(jī)來接收衛(wèi)星信號(hào)即可,可實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤和捕捉、記錄、數(shù)據(jù)分析等,這些都是可以自動(dòng)化完成的,所以操作方便對(duì)于人工的要求較低,也省去了大量的人工費(fèi)用。

        2.6 觀測(cè)時(shí)間較短

        GPS 的硬軟件一直在不斷更新和完善,采用GPS 進(jìn)行控制測(cè)量,一方面可以保證測(cè)量的精確度,另一方面測(cè)量的時(shí)間較多,例如在20 km 的范圍內(nèi)進(jìn)行相對(duì)靜態(tài)定位的時(shí)間只需15 min~20 min,對(duì)于短距離測(cè)量一般只需要幾分鐘就能完成定位測(cè)量,并且采用靜態(tài)定位測(cè)量法可以完成一條基線的測(cè)量工作。

        3 GPS技術(shù)在公路平面控制測(cè)量中的具體應(yīng)用

        3.1 工程概況

        某高速公路路線全長(zhǎng)為1 034 km,為東南至西北走向,沿線的東南地段地形比較平坦,西北地段上地形復(fù)雜,沿線大部分是山地丘陵,植被茂盛,測(cè)區(qū)通視困難,如果采用常規(guī)的測(cè)量控制方法將無法在緊張的工期內(nèi)完成,期間還會(huì)受到其他干擾因素的影響,最重要的是無法滿足測(cè)量精確度的要求,所以應(yīng)采用GPS 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量控制。

        3.2 控制測(cè)量實(shí)施過程

        3.2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

        控制測(cè)量網(wǎng)的布置,首先必須根據(jù)甲方的要求以及GPS 的測(cè)量規(guī)范來設(shè)計(jì),要求控制網(wǎng)有足夠的閉合環(huán),即由獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成的閉合圖形,可提高圖形強(qiáng)度和平差檢驗(yàn)條件。其次,必須有一定數(shù)量的點(diǎn)位重合,便于從已知的觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)來測(cè)算待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。即GPS 控制網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)和地面上的已指控制網(wǎng)點(diǎn)充分重合起來,使重合點(diǎn)能在控制網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)均勻分布。同時(shí)要求觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)重合,能夠?yàn)榈孛嫠疁?zhǔn)點(diǎn)的觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析提供參考依據(jù)。此外,在控制網(wǎng)布置時(shí)必須保證GPS 站點(diǎn)觀測(cè)有足夠開闊的視野,避免受樹木等障礙物干擾,雖然GPS應(yīng)用適應(yīng)能力強(qiáng),但是為了保證觀測(cè)的精確性,必須要求觀測(cè)站點(diǎn)在高度150°以上無其他障礙物。使用聯(lián)測(cè)法或在擴(kuò)展控制網(wǎng)時(shí)必須保證各個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)之間的通視條件。為滿足實(shí)際工程對(duì)測(cè)量精確度的要求,為實(shí)際工程生產(chǎn)作業(yè)所用,必須根據(jù)甲方的要求滿足觀測(cè)精確度的要求。最后,關(guān)于GPS 平面控制網(wǎng)的精確度指標(biāo)還需結(jié)合工程實(shí)際精確度的需要以及所用儀器設(shè)備的特點(diǎn)、技術(shù)條件影響等,根據(jù)GPS 測(cè)量規(guī)范中關(guān)于相鄰點(diǎn)位之間距離的標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)確定。

        3.2.2 GPS測(cè)量外業(yè)實(shí)施

        在GPS 測(cè)量外業(yè)實(shí)施中,根據(jù)測(cè)量設(shè)計(jì)要求在測(cè)量區(qū)域內(nèi)布設(shè)GPS 觀測(cè)點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)等。為了避免電磁場(chǎng)等對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響,要求選擇的點(diǎn)位盡量遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源與高壓電線,選擇交通便利和視野開闊的地方。最后選點(diǎn)結(jié)束后,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際澆筑混凝土樁進(jìn)行標(biāo)記和記錄。在具體測(cè)量時(shí),為了獲得精確的數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)比,先在已知GPS 觀測(cè)點(diǎn)上利用三角支架進(jìn)行觀測(cè),平面觀測(cè)時(shí),要滿足測(cè)量規(guī)范要求,然后使用相同方式對(duì)其他布置的觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,取3 個(gè)差值不超過2 cm 的平面觀測(cè)結(jié)果作為該點(diǎn)觀測(cè)站點(diǎn)的平面坐標(biāo)觀測(cè)結(jié)果,數(shù)據(jù)見表1。

        表1 施工控制點(diǎn)平面坐標(biāo)成果表

        利用GPS 測(cè)量完成后,使用全站儀對(duì)施工控制點(diǎn)A1、A2、A3 進(jìn)行角度、邊長(zhǎng)檢核,檢核結(jié)果見表2。

        表2 施工控制點(diǎn)平面坐標(biāo)成果表

        由表2 可知,角度較差為8″(限差為±20″),最弱邊相對(duì)中誤差為1/27767(限差為1/7000),精度良好,滿足“規(guī)范”要求。

        在施測(cè)結(jié)束后,需要利用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件完成基線解算和網(wǎng)平差等數(shù)據(jù)處理,然后獲得GPS 控制點(diǎn)的三維坐標(biāo),并保證同步觀測(cè)精度、異步環(huán)觀測(cè)精度和復(fù)測(cè)基線觀測(cè)精度等精度指標(biāo)要符合設(shè)計(jì)要求。

        3.3 在利用GPS進(jìn)行公路平面控制測(cè)量時(shí)需要注意的事項(xiàng)

        首先,必須保證所選擇的測(cè)量控制點(diǎn)應(yīng)在視野開闊、土地平坦的地區(qū)。1)為了方便觀測(cè)。2)為了方便接收到衛(wèi)星信號(hào)且保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤,同時(shí)要考慮是否方便,保存數(shù)據(jù)。在具體測(cè)量控制時(shí),要求觀測(cè)的時(shí)間間隔不能相差太遠(yuǎn),也不能相差太近,否則,會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不利影響,例如會(huì)降低測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性和完整性。此外,為了獲得更高精確度的數(shù)據(jù),對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)接收時(shí)間段的選擇非常關(guān)鍵,同時(shí)對(duì)于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的收集、計(jì)算等也非常重要,在控制測(cè)量時(shí)要求將轉(zhuǎn)換參數(shù)控制在可控范圍內(nèi),從而提高施工測(cè)量坐標(biāo)的測(cè)量精度。

        4 結(jié)語

        綜上所述,該文對(duì)GPS 系統(tǒng)的構(gòu)成、測(cè)量控制應(yīng)用時(shí)的工作原理、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)等進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析,在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體公路測(cè)量工程,闡述GPS 技術(shù)在公路平面測(cè)量控制中的具體應(yīng)用,得出由于GPS 精確度高、觀測(cè)時(shí)間短、觀測(cè)站點(diǎn)之間無需通視等特點(diǎn),在實(shí)際野外施測(cè)中可有效獲得精確的測(cè)量數(shù)據(jù),能為工程施工提供重要的數(shù)據(jù)參考。在實(shí)際公路平面控制測(cè)量過程中,GPS 技術(shù)的應(yīng)用可提高點(diǎn)位布設(shè)的靈活度,網(wǎng)形結(jié)構(gòu)也更加合理、成果更加精確可靠,測(cè)量結(jié)果的精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量方法,能滿足后期公路施工所需。此外,自動(dòng)化程度較高,能有效減輕測(cè)量工作量和工作強(qiáng)度,提高了工作效率,尤其在一些地形復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行測(cè)量,采用GPS 進(jìn)行控制測(cè)量可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。不過在實(shí)際測(cè)量控制中也要注意,為了便于測(cè)量,也為了使獲得的數(shù)據(jù)精確程度更高,必須保證有足夠開闊的測(cè)量視野,且保證基礎(chǔ)設(shè)置平穩(wěn),測(cè)試區(qū)域內(nèi)各個(gè)測(cè)站點(diǎn)之間的間隔不能相差太大,否則也會(huì)影響工程測(cè)量結(jié)果。

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