GPS技术在公路工程测量中的应用研究

中国科技信息２０１４年第１９，２０期合刊’ｃＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｏｃｔ．２０１４　工程技术推广　孟杰　互　一……，…一　…　ＧＰＳ是基于三维坐标体系的高程测量系统之一，利用ＧＰＳ技术来对公路工程进行科学　测量已经成为当前行业研究的重点。如利用ＧＰＳ多项式曲线拟合方法，可以实现对公路这　种带状地形在纵向跨度大，地形变化复杂的前提下形成的削高补低的误差。为此，本文将　从ＧＰＳ系统原理出发，来探讨其在公路工程测量中的应用。　ＤＯＩ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１４．１９．０２５　．ＧＰＳ技术在公路工程测量中的应用研究　络平差基准兼容性问题的规避、对ＧＰＳ高程拟合技术的优　化等。由此可见，ＧＰＳ技术在应用中，通过必要的技术手　概述　段来解决高程拟合问题，对于提升公路工程测量精度，提　升工程施工的可靠性具有重要的现实意义。　我国公路建设事业迎来了新的发展，据统计，在近十　年的时间里，我国公路交通走过了发达国家三十年的发展　历程，尤其是公路测量、施工放样等基础工程中，各类先　进科学技术的应用日益深入，在改善工程施工质量的同时　也获得了较高的施工效率。ＧＰＳ技术是近年来逐步发展并　成功应用于公路工程测量中的先进技术之一，因其能够全　天候工作，并能够提供实时的三维坐标，特别是其在高程　拟合系统中的技术优势，日益得到广大测量工作者的认可。　ＧＰＳ技术原理分析　从ＧＰＳ系统来看主要有三部分，一是卫星系统；二是　地面监控系统；三是用户接收端。卫星系统是由分布于地　球６个轨道的２４颗卫星构成，以满足对地球上任何一点　在任何时刻进行精密导航和定位；地面系统主要是有主控　站、地面接收天线和监测站组成，分别将来自卫星的数据　信息进行编制和存储，以实现与用户端的交互使用；用户　设备主要有ＧＰＳ接收机，以及相关的处理软件，从卫星接　现代公路工程测量技术特点　及ＧＰＳ技术的应用现状　收信号获得相应的导航信息，并经过处理获得定位。利用　ＧＰＳ系统进行勘测，主要有两种方法，一是伪距测量，即　利用接收机接收到的ＧＰＳ卫星发射的Ｃ＼Ａ码和导航电文，　通过测定信号从发射到到达用户接收机的传播时间来计算　公路工程是一种线性构造物，其特点是投资大、工程　量大，面临的地质勘测要求较高，尤其是在整个公路工程　控制网络中，对于各点的初测、定测、施工放样等问题都　需要进行前期分析。而测量工作质量的好坏又直接关系到　整个公路网络的整体科学性。因此，任何小的失误都可能　导致严重的后果。随着公路等级的逐步提升，传统的测量　出卫星和接收机天线间的距离。二是载波相位测量，即测　定ＧＰＳ卫星载波信号在传播路径上的相位变化，来确定　卫星与测站间距离的方法。　伪距测量技术分析　从技术上来看，伪距测量技术是通过对接收机的本地　码与卫星系统的随机码进行关联性处理，并从传播时间上　来换算以得到相应点的三维坐标。其原理表述如下：设定　ｔｊ（ＧＰＳ）表示第ｊ颗卫星发射的ＧＰＳ标准时间，ｔｊ表示　仪器如经纬仪、测距仪等，不仅工作强度大，对于工程测　量精度难以满足要求。ＧＰＳ等自动化程度较高的测量仪器　则仪器高精度、高操作性等优势逐步成为现代公路工程测　量的首选利器。需要强调的是，在当前公路工程勘测实践　中，多采用静态作用模式，利用ＧＰＳ技术来对公路工程沿　线地质条件进行测量，并绘制ＧＰＳ控制网，然而在应有中，　仍有一些问题有待进一步研究，如对于大跨度带状ＧＰＳ网　－为卫星时刻，ｔｉ（ＧＰＳ）表示第ｉ个测量站收到卫星传递来　的ＧＰＳ标准时间，ｔｉ表示为对应接收机的时刻，　表示　为卫星时刻与ＧＰＳ标准时间的差值，　表示为接收机时刻　与ＧＰＳ标准时间的差值。由此得出接收机与卫星及ＧＰＳ　６９——　工程技术推广　中国科技信息２０１４年第１９，２０期合刊・ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｏｃｔ．２ｏ１４　１０～１５ｓ采样间隔来进行同步观察。　标准时间之间的关系为：ｔ　＝ｔＪ（ＧＰＳ）＋６ｔ　；‘＝ｔ￣（ＧＰＳ）＋　，　贝４Ａｔｉ　＝ｔ　一ｔ　＝ｔ￣（ＧＰＳ）一ｔｊ（ＧＰＳ）＋６ｔ　一６ｔ　。　裁波相位测量技术分析　从卫星载波反射原理来看，对于卫星反射出的信号在　接收机上的相位　，而在卫星上的相位为佻，当我们将卫　在线路定测中的应用　ＧＰＳ　ＲＴＫ技术是ＧＰＳ技术的主要内容，改技术是　以厘米级为精度指标的动态三维定位系统。因此，在线路　定测中的应用较为广泛。其优势主要有：一是对于常规的　测量来说，通常是需要先进行平面位置测量，再进行水准　或高程测量，而ＧＰＳ　ＲＴＫ技术能够实现在中线测量放样　星与接收机间的距离设为ｐ时，则ｐ＝　（　一　），　其中入表示为载波波长。利用载波相位来进行测量，可　以对卫星在某时刻发出的载波信号定义为　（ｆ，），而接收机　在收到卫星信号后形成的基准相位为　（　），则对于ｔ时刻　下的观测相位　（ｆ）表示为：　，（ｆ）＝仍（　）一ｑ，Ｊ（ｔｊ）。可见，　利用载波相位原理来进行测量，其精度可以达到０．５—　２．０ｒａｍ。需要强调的是，对于卫星轨道误差，以及卫星时　的同时进行高程测量，从而提升整个工作效率。二是利用　ＧＰＳ　ＲＴＫ技术能够从首级控制网实现对整个全线的控制，　其覆盖范围在１０ｋｉｎ～２０ｋｍ，而传统测量通常需要布设　次级控制网，由此带来的工作量，以及因重要桩位遗失而　带来的各类控制难题都能够有效规避。三是ＧＰＳ　ＲＴＫ技　术是通过基准站发射的差分信息来进行信息交互的，从而　可以满足多个流动站的同时使用，大大节省人力、物力。　在现场定线测量中，利用ＧＰＳ　ＲＴＫ技术可以将各待定点　的坐标数据传送到ＲＴＫ设备中，由此来进行坐标放样，　提升现场定线工作效率。其工作过程是将各控制点的坐标　钟误差等因素的影响来说，也会降低ＧＰＳ技术的测量精度。　为此，在实际工作中，需要对之进行修正，以提升ＧＰＳ系　统的可靠性。如通常采用同步测量方法来求差，以消除误　差对测量结果的干扰。　ＧＰＳ技术在公路工程测量中　的应用　和高程信息输入到基站仪器，在与基准站进行信息交互中，　可以对流动站实现厘米级精度的采集和放样。　在地形信息测量中的应用　地形图是公路工程建设线路设计的重要资料，传统利用　全站仪进行测绘的地形图，由于劳动强度较大，对复杂地形　公路工程建设因其线路长、沿线构造物多且复杂等特　点，对于施工前期测量要求较高，再加上时间紧、任务重，　采用先进的ＧＰＳ技术，利用其精度高、不受地形通视条件　限制等优势，更能提升测量效率和可靠性。　的测绘还显得不够，因此工作效率往往较低。而ＧＰＳ　ＲＴＩ（　技术的应用，能够从地形数据的采集和精度的提升上获得理　想效果。在ＧＰＳ　ＲＴＫ测绘中，由于其覆盖半径≥ｌＯｋｍ，　从而可以实现对流动站数据的有效采集，再加上自适应技　术的应用，可以加快ＲＴＫ的初始化速度，从而加快了对　地形数据的采集效率。　在公路线路控制测量中的应用　对于公路工程线路测量，必须遵循“从整体到局部、　先控制后碎部”的原则，对测区内的各控制点进行分区测　在桥梁控制测量中的应用　在桥梁轴线坐标系的建立中，利用ＧＰＳ技术可以从假　定控制点为基准，以桥梁主轴线为Ｘ轴，以此为方位基准　来确定整个网格的尺度信息。需要强调的是，除了桥位控　制点外还应该在两端设置１－２个方向控制点，最好是以桥　梁轴线为公共边的大地四边形为基本网络，在控制点与轴　线垂直距离设定上≥０．６倍桥梁轴线长。　量并使其形成一定的几何骨架，最后在统一的坐标体系中　来确定各点的平面坐标和高程信息。结合公路线路高程测　量控制网的要求，在对线路工程延线进行测量中，对网的　宽度及长度需要实地确定，而采用常规的测量方法，难以　实现对狭长带状地形的结构对比，往往造成更多误差的积　累。如因通视或距离的加长，不得不增加额外的过渡点，　而这些过渡点不仅增加了测量工作量，还降低了整个控制　网络的精度。利用ＧＰＳ线路控制网技术，可以从测量精　度上来科学分配控制网的布设规划，且不受通视和距离的　限制，能够更好的提升总体测量精度。其精度测量公式如　结语　下：　：／￣２＋（６・ｄ）　，式中。表示为基线边标准差，ａ表示　为固定误差，ｂ表示为比例误差，ｄ表示为基线边长。根　据ＧＰＳ控制网组成来看，在ＧＰＳ线路测量中，可以实现　对各同步图形的边联式或网联式互接，从而避免单个点的　出现。同时，依据ＧＰＳ控制网能够实现对高程的控制，从　而为高程拟合提供参考数据，从而获得均衡的联测水准点　分布。需要强调的是，在ＧＰＳ网点测量和线路埋设时，对　从ＧＰＳ系统测量原理及在公路工程测量中的应用探　讨，ＧＰＳ测量手段的优越性能够满足对整个工程控制网的　精度要求。随着公路工程技术测量要求的不断提高，在公　路工程测量实践中，ＧＰＳ技术可以更好处理复杂地形变化　下的高差干扰，尤其是其在高程测量中的准确性、可靠性，　更能提升工程测量效率，减少了测量误差源。　于沿线存在的各类构筑物需要进行标注，如高压线、强辐　射源等对线路工程设计带来的干扰等。同时，在ＧＰＳ控制　网测量中，为了提升测量精度，需要采用双频接收机，以　一７０一