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。

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