GPS在公路勘测控制中的应用

章玉泉

摘要：GPS具有精度高、操作简单等特点，被广泛应用于工程建设中。本文首先阐述了GPS的原理、组成与特点，然后对GPS在渝习高速公路平面控制测量与高程控制测量中的实际应用进行了分析，结果表明，GPS在公路勘测控制中具有良好的应用效果。

关键词：GPS；公路勘测；平面控制；高程控制

前言

随着我国基础建设步伐的不断加快，公路工程的勘测与建设工作也日益迅速。公路勘测工作主要包括外业和内业两部分。外业部分与内业部分均需得到测绘新技术、新方法的支持，并对测绘技术的要求不断提高。GPS定位技术经过几十年的快速发展，在工程测量方面具有广泛的应用领域，其自动化程度高、定位精度高，使得其使用范围得到不断拓展。

1 GPS

1.1 GPS原理

GPS（Global Positioning System）全球定位系统是由美国研制，结合通讯、卫星技术与计算机技术发展起来的，利用导航卫星进行实时的测时与测距的测绘方法。GPS全球定位技术在工程建设中发挥着重要的作用，被广泛应用于工程中的各个部分，具有良好的经济与社会价值。

1.2 GPS组成系统

GPS全球定位系统由三部分组成，分别是地面监控、空间卫星与用户设备。

（1）GPS地面监控由主控站、注入站和监测站组成。主控站协调和管理地面监控系统，通过将信息编入导航电文或编制定位参数传送到注入站，最终传送给GPS用户。监测站负责接收导航电文信息，并经处理、存储，传送到主控站。注入站是向GPS卫星发送各项控制指令。

（2）空间卫星部分由多颗GPS工作卫星和备用卫星组成，保证地球任意地方、任意时刻均可获得较好的GPS信号。

（3）用户接收设备主要是用于获取导航、定位信息。

1.3 GPS特点

GPS全球定位系统是以高精度的原子钟为核心，以“高轨、高频、多星”为体制，因此可靠性高、精度高，主要的技术特点包括：①具有高精度的定位系统，精度可达毫米级；②对地形条件要求小，观测站点间不需要通视条件；③能同时精确测量平面位置与高程，提供形象的三维坐标资料；④观测时间少，大大提高观测效率；⑤不受天气影响，全天候作业程度高。

2 GPS在公路勘测中的应用

2.1 工程概况

渝习高速公路是重庆打通西南出海大通道的重要组成部分，也是畅通北京—磨憨—东盟老挝高速公路的重要组成部分。工区地形南高北低，最低海拔178米；最高海拔1709米，平均海拔210米。属北半球亚热带季风气候区，平均气温18.4℃，年降雨量1030.7毫米。

2.2 定位方式

根据参考点的位置不同，GPS定位系统的定位方式包括绝对定位、相对定位、静态定位和动态定位。其中动态定位又分为实时差分动态定位、单点动态定位和后处理差分动态定位，在本项目中，采用技术比较成熟的静态定位方法。

2.3 GPS在公路平面控制测量中的应用

2.3.1 独立坐标系的建立

平面坐标系统采用1980西安坐标系和重庆江津至贵州习水高速公路独立坐标系统（以下简称“独立坐标系”）。

独立坐标系统为与1980西安坐标系有关联的独立坐标系，采用IAG75椭球。为了保证一般路线投影长度变形值不大于2.5cm/km，大型构造物投影长度变形值不大于1cm/km，该工程采用两个两个抵偿投影高程面。

2.3.2 平面控制测量

（1）选点与埋石

三、四等GPS网的选点与埋石是根据甲方提供的范围和结合本测区的实际情况进行的，以两个III等国家控制点为起算点，全线沿线路每隔5公里左右布设一对四等GPS点，共布设了由36个四等GPS点组成的一个四等GPS网控制整条线路、7个三等GPS点；四等GPS网与渝合高速公路联测了JH58、JH62、JH63、JH65 四个点。

（2）野外数据采集

采用4台Trimble 5700型、4台Topcon HIPERGB双频接收机，按边连式推进方式构网，进行野外数据采集，接收机标称精度为±（5mm+1ppm.D）。

（3）环闭合差检查

由282条合格基线共组成171个同步环，计算后平面最大同步环闭合差相对误差为4.398ppm，满足《公路勘测规范》要求。

（4）四等GPS网的基线向量平差

四等GPS网空间向量网在WGS-84坐标系下的三维无约束平差，平差结束后，无约束平差基线矢量水平精度最差为0.062m，相对误差最差为0.58ppm，满足《公路勘测规范》的要求。

2.4 GPS在公路高程控制测量中的应用

2.4.1 高程系统选择

高程系统采用1985国家高程基准。

2.4.2 高程控制测量

（1）布设方案

按照三等精度观测三等附合水准线路，水准线路沿设计公路方向平均5Km左右连测一个GPS点，导线点采用三角高程和GPS拟合的方式。

（2）观测

根据水准路线（平面点的埋石情况）的布设情况选择观测区段，以区段进行观测。

（3）平差

四等GPS最弱边相对中误差为1/57276，最弱点点位中误差为1.49cm；

一级导线最大点位误差为1.8cm、最大点间误差为1.0cm，最大边长比例误差为1/22622；

三等水准最弱点高程中误差为13.9 mm小于规范要求25mm；

四等三角高程最弱点高程中误差为8.22 mm小于规范要求25mm。

3 结论

随着公路建设步伐的不断推进，对测绘技术的要求也越来越高。本文从GPS的基本原理、组成出发，分析了GPS全球定位技术的特点。通过在渝习高速公路实践，GPS在平面控制测量和高程控制测量中具有精度高、可靠性强的特点，取得了良好的应用效果。

参考文献

[1] 周忠谟，易杰军，周琪. GPS卫星测量原理与应用[M]. 北京：测绘出版社，1995.

[2] 徐文财，吴清华. GPS在公路工程控制测量中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2012，（4）：225.endprint