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        GNSS技術(shù)在高速公路路面工程測量中的應(yīng)用探討

        2022-06-28 18:05:08梁雄鏗
        西部交通科技 2022年4期
        關(guān)鍵詞:高速公路應(yīng)用

        梁雄鏗

        【摘要:】在高速公路路面工程測量中運用GNSS技術(shù),能夠有效提高測量的精準度,進而提高工程質(zhì)量。文章介紹了GNSS技術(shù)原理及特點,探討了GNSS技術(shù)在高速公路路面工程測量中的應(yīng)用方法,并展望GNSS技術(shù)在高速公路路面工程測量中的發(fā)展前景。

        【關(guān)鍵詞:】GNSS技術(shù);高速公路;路面測量;應(yīng)用

        U412.6A170533

        0 引言

        隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展,傳統(tǒng)高速公路路面工程測量技術(shù)弊端逐漸顯露,其具有人員需求量大、受自然條件影響大、測量精準度低等缺點。而相比于傳統(tǒng)高速公路路面工程測量技術(shù),GNSS技術(shù)應(yīng)用在高速公路路面工程測量中則有測量精準度高、操作簡單、觀測時間短等顯著優(yōu)勢。因此,應(yīng)在高速公路路面工程測量中廣泛應(yīng)用GNSS技術(shù),以此提高高速公路路面工程測量精準度,從而提高工程質(zhì)量。

        1 GNSS技術(shù)原理及特點

        1.1 GNSS技術(shù)原理

        GNSS即全球衛(wèi)星導航系統(tǒng),是指利用人造衛(wèi)星發(fā)射和接收地理信息,利用發(fā)射器、地面控制系統(tǒng)和接收器為全球提供全方位、全時段、高精度地理坐標的一類無線電導航系統(tǒng)。其具體原理為:利用人造衛(wèi)星發(fā)射信號的速度和從發(fā)射到接收的時間,計算人造衛(wèi)星的接收距離。通常情況下,1顆衛(wèi)星所確定的點位是一個球面,2顆衛(wèi)星所確定的點位呈橢圓形,3顆衛(wèi)星能夠確定兩個點位位置,4顆衛(wèi)星則可準確對點位進行定位(見圖1)。因此,GNSS技術(shù)是采集4顆及以上的衛(wèi)星建立一個三維坐標系,利用基站與衛(wèi)星之間的差值,準確計算出測量信息,有效提高測量精準度和質(zhì)量?,F(xiàn)階段,較為常用的GNSS系統(tǒng)有四種,分別是GPS、北斗、GLONASS和Galileo。就目前情況而言,GNSS系統(tǒng)不僅是科學技術(shù)水平的象征,也是國家綜合實力的重要標志。

        1.2 GNSS技術(shù)特點

        相比于傳統(tǒng)高速公路路面工程測量技術(shù),GNSS技術(shù)具有以下7個方面特點:

        (1)觀測站之間無須視通:傳統(tǒng)高速公路路面工程測量儀器為光學或經(jīng)緯儀器,其測量原理大多是測量角度與長度,再利用解三角形測算出準確定位[1]。相比于傳統(tǒng)路面工程測量技術(shù),GNSS技術(shù)主要利用人造衛(wèi)星、地點控制系統(tǒng)、基準站之間的距離,通過空間距離后方交會原理確定點位,各觀測站的接收機之間無須進行視通,利用信號傳播即可。

        (2)測量精度高:GNSS技術(shù)能夠利用人造衛(wèi)星建立一個龐大的地面控制網(wǎng)絡(luò),利用衛(wèi)星實時同步觀測,極少受到傳輸誤差影響[2]。此外,GNSS技術(shù)還能夠避免累積誤差,極大提高測量精準度。

        (3)觀測時間短:GNSS系統(tǒng)能夠有效控制觀測時間,能夠滿足高速公路路面工程觀測時間≥30 min。

        (4)操作便捷:隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展,GNSS接收器體積不斷縮小,現(xiàn)階段,便攜式GNSS接收器已廣泛應(yīng)用在高速公路測量工程中[3]。此外,便攜式GNSS接收器智能化水平有所提高,其對操作人員的技術(shù)要求相對較低,通過簡單培訓即可進行操作。

        (5)全時段作業(yè):GNSS不受時間、空間限制,可全時段、全天候作業(yè),即使在夜間工作也不會產(chǎn)生較大誤差。

        (6)三維坐標定位精確:GNSS可采集4顆衛(wèi)星信號,并將求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)建立三維坐標,確保定位信息更加準確。

        (7)成本低、經(jīng)濟效益高:隨著科學技術(shù)水平不斷提高,電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在人們?nèi)粘Ia(chǎn)生活中,電子產(chǎn)品價格也隨之下降。GNSS技術(shù)最初興起時價格相對較高,約在10~20萬元之間,現(xiàn)今僅需1~2萬元。此外,與傳統(tǒng)高速公路路面測量技術(shù)相比,GNSS技術(shù)為施工單位降低了人工成本,因此,GNSS技術(shù)具有成本低、經(jīng)濟效益高的特點。

        2 GNSS技術(shù)在高速公路路面工程測量中的應(yīng)用

        GNSS技術(shù)可應(yīng)用在高速公路路面工程測量的各個階段,其工作示意圖見圖2。具體應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下三方面。

        2.1 GNSS技術(shù)用于加密路面控制點

        在高速公路路面工程實際施工過程中,會受到多方面因素影響,進而影響施工效率與施工質(zhì)量[4]。以廣東省龍連段高速公路工程施工為例,該工程在施工過程中不慎將設(shè)計單位所提供的測量點破壞,而沒有被破壞的測量點之間無法視通。此外,該工程所經(jīng)過的大型橋隧較多,如茶場大橋(橋面全長約665 m)、金花隧道(全長約4 747 m)等。在此不利工程條件下,施工單位為確保路面工程進度,保證施工效率和工程質(zhì)量,必須對路面增加控制點。利用GNSS技術(shù)可在短時間內(nèi)采集靜態(tài)數(shù)據(jù),利用網(wǎng)平差將采集后的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行處理,得到精準度較高的平面控制網(wǎng),并利用該平面控制網(wǎng)加密路面控制點[5]。相比于傳統(tǒng)路面加密控制點測量方法,GNSS技術(shù)能夠有效提高路面加密控制點的建設(shè)效率,打破路面工程不利條件,確保路面工程測量順利進行。

        2.2 GNSS技術(shù)用于路面放線

        路面放線是高速公路路面測量的重要環(huán)節(jié),其質(zhì)量決定著高速公路路面工程整體質(zhì)量。在實際高速公路路面工程測量中,路面工程設(shè)計人員首先應(yīng)在圖紙上完成定線,隨后在公路路面中線進行標識[6]。利用GNSS電子設(shè)備新建與公路中線標識相匹配的工程項目,并建立道路平縱曲線文件。值得注意的是,GNSS技術(shù)操作人員應(yīng)根據(jù)高速公路路面工程級別選擇合適的錄入方法,常用的錄入方法有交點法、線元法等。隨后,操作人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙建立相應(yīng)的三維坐標系統(tǒng),并確定中央子午線。該坐標系統(tǒng)可自動定位放樣點,在實際測量過程中,坐標系統(tǒng)所定位的放樣點均具有相對獨立性,每一個點位都有著對應(yīng)的坐標,進而確保放樣點的精準性。此外,工作人員還可將設(shè)計好的平縱曲線文件輸入到GNSS設(shè)備軟件中,利用GNSS道路軟件完成高速公路路面曲線放樣。

        相比于傳統(tǒng)高速公路路面工程放線技術(shù),GNSS路面放線技術(shù)具有以下幾點優(yōu)勢:

        (1)工作效率高:在實際高速公路路面放線工作中,工作人員可利用GNSS設(shè)備在基準站、移動站5 km范圍內(nèi)開展工作,且GNSS設(shè)備操作及信息收集僅通過一名工作人員即可完成。相比于傳統(tǒng)高速公路路面放線技術(shù),GNSS技術(shù)摒棄了布置控制點環(huán)節(jié),使路面放線工作不再受控制點條件限制,在開展高速公路路面放線工作時,無須再移動控制點,有效提高了高速公路路面放線工作效率。

        (2)放樣點精準:利用GNSS技術(shù)設(shè)置的放樣點,具有相對獨立特點,每一個放樣點之間不會相互影響,既能夠提高放樣點的精準度,又能夠降低積累誤差。

        (3)持續(xù)作業(yè):在開展高速公路路面放線工作時,GNSS技術(shù)可以不受氣候、時間、空間等條件限制,即使在夜間也能精準地完成工作,真正實現(xiàn)全時段、全方位、全天候持續(xù)作業(yè)。

        (4)GNSS設(shè)備程序功能強大:便攜式GNSS設(shè)備可將高速公路路面放線所能運用到的全部工具容納進來,工作人員只需要將測量出的圓曲線、緩和曲線等參數(shù)輸入到對應(yīng)軟件中,即可獲得整條線路位置,并依據(jù)線路位置選擇合適的放樣點[7]。此外,GNSS技術(shù)智能化水平較高,能夠做到實時監(jiān)測測量成果,及時發(fā)現(xiàn)路面放線過程中出現(xiàn)的問題,并通過現(xiàn)場指示糾正該問題,確保路面放線工作的精準性,從而保證高速公路路面工程的整體質(zhì)量。

        2.3 GNSS技術(shù)用于路面橫縱斷面放樣

        路面橫縱斷面放樣是高速公路路面工程測量的重要環(huán)節(jié)之一,其精準度能夠直接影響路面工程測量精確度,影響路面工程測量工作整體效率和質(zhì)量[8]。在實際高速公路路面橫縱斷面放樣工作中,工作人員可利用便攜式GNSS設(shè)備中所帶有的處理軟件,將平斷面、橫縱斷面設(shè)計參數(shù)輸入其中,設(shè)計出高速公路路線三維建模,而軟件經(jīng)過大數(shù)據(jù)處理后可將合適的放樣點在三維建模中顯示出來,這樣既能夠保證路面橫縱斷面放樣點的精準性,也能夠極大縮短該項工作的時間,提高路面橫縱斷面放樣工作的效率。

        2.4 GNSS技術(shù)可結(jié)合PTK在路面工程監(jiān)測工作中實現(xiàn)實時動態(tài)測量

        PTK技術(shù)實質(zhì)上是一種用戶識別發(fā)展工具,在基站不動的前提下,收集并分析誤差產(chǎn)生的原因,利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、電臺等形式將分析出的誤差原因傳送給流動站,進而幫助流動站得出實時的精確坐標。換句話說,無論是手機、電臺還是網(wǎng)絡(luò)都是誤差產(chǎn)生原因的一種傳輸工具。

        隨著信息化進程不斷加快,傳統(tǒng)PTK技術(shù)已無法適應(yīng)時代發(fā)展潮流,其弊端逐漸顯露。近年來,隨著GNSS技術(shù)興起,將GNSS技術(shù)與PTK技術(shù)相結(jié)合,使PTK技術(shù)由傳統(tǒng)的“1+1”系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+2”系統(tǒng),甚至發(fā)展成為差分系統(tǒng),即WADGNSS。將GNSS技術(shù)與PTK技術(shù)相結(jié)合,能夠有效擴展PTK技術(shù)測量范圍,提高傳輸速度。

        高速公路路面工程測量實際上是整個高速公路工程測量的重要分支,在實際操作過程中,需采用對應(yīng)的設(shè)備及方法將設(shè)計圖紙上的點位與現(xiàn)實點位相對應(yīng)。在傳統(tǒng)高速公路路面測量中,工作人員常常利用經(jīng)緯儀等設(shè)備進行坐標放樣,在放樣過程中需不斷移動目標,且該放樣工作需2~3人配合才能完成。同時,在此操作期間需保證各放樣點之間通視效果良好。如在放樣過程中出現(xiàn)問題,專業(yè)人員需進行大量計算才能確保放樣工作順利進行。而如果運用GNSS結(jié)合PTK技術(shù),則可利用GNSS設(shè)備實現(xiàn)一人操作、一人放樣,GNSS設(shè)備可實時提醒工作人員是否走到放樣位置,這樣既能減少路面工程測量放樣工作中的人力成本,又能減少放樣工作中的積累誤差,實現(xiàn)高效放樣,直接提高高速公路路面工程測量工作的質(zhì)量。

        3 GNSS技術(shù)在高速公路路面工程測量中的應(yīng)用前景

        隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展,我國各類工程設(shè)計已實現(xiàn)CAD制圖標準化,高速公路路面工程建設(shè)也不例外,大多數(shù)工程設(shè)計軟件繼續(xù)以數(shù)字化技術(shù)產(chǎn)品支持。近年來,我國經(jīng)濟體制改革不斷深入,為推動各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展,國家愈發(fā)重視高速公路建設(shè),高速公路建設(shè)工程迎來了巨大的挑戰(zhàn)與機遇。在這一背景下,要求高速公路各類工程建設(shè)應(yīng)朝著數(shù)字化、信息化方向發(fā)展,應(yīng)在工程全過程中建立一體化數(shù)字鏈,大幅度減少數(shù)據(jù)計算、傳輸時間,提高高速公路工程建設(shè)效率。

        就目前情況而言,在高速公路路面工程測量中引進GNSS技術(shù),是對原有高速公路路面工程測量技術(shù)的技術(shù)改造,是使高速公路路面工程測量工作朝著信息化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展的重要舉措。在未來高速公路路面工程測量工作中,GNSS技術(shù)必將展現(xiàn)其高精度的作業(yè)特點,實現(xiàn)毫米級別的控制測量精度和厘米級別的放樣精度。同時,GNSS技術(shù)還將會徹底改變高速公路測量模式,利用GNSS技術(shù)建立三維立體坐標,在規(guī)劃線路、橋梁和隧道勘查工作中實現(xiàn)其應(yīng)用價值。此外,在未來高速公路路面測量中使用GNSS技術(shù),必將實現(xiàn)實時放樣、實時測量,打破時間、空間、氣候等條件限制,提高高速公路路面工程測量工作的效率。

        4 結(jié)語

        綜上所述,將GNSS技術(shù)科學且合理地應(yīng)用在高速公路路面工程測量中,不僅能夠提高高速公路路面工程測量精準度,還能夠打破時間、空間等條件限制,拓展測量范圍。同時,GNSS技術(shù)還具有操作便捷、勞動強度低、全方位、全時段監(jiān)測等優(yōu)點。在新時代背景下,GNSS技術(shù)必將廣泛應(yīng)用在高速公路路面工程測量中,不斷推進高速公路路面工程測量技術(shù)發(fā)展,不斷提高高速公路路面工程質(zhì)量。未來的高速公路路面工程測量工作必將朝著高效率、高質(zhì)量、高水平方向發(fā)展,GNSS技術(shù)也必將隨著時代發(fā)展不斷適應(yīng)高強度的高速公路路面工程測量工作。

        參考文獻:

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        [4]段廷魁.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GNSS)在工程測量中的實踐運用探索[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2021(5):182-184.

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        [8]候燕杰,王 潔.GNSS技術(shù)在高速公路路面工程測量中的應(yīng)用探析[J].地礦測繪(2630-4732),2020,3(2):117.

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