GPS定位技术在公路建设中的应用

（河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450064）

随着“一带一路”国家战略的提出，我国西北部偏远地区的原有公路网已无法满足发展需要，由于地势复杂，气候恶劣，各种高等级公路修建过程中对测量的精度要求也更高。但公路工程项目一般都比较狭长，沿线已有的测量控制点也很少，如果用常规的测量方法进行控制网的布设，不仅耗时耗力，而且精度很难保证。随着GPS定位技术的发展，它在公路建设中的优势越来越明显。由于施测过程不受天气和通视条件的影响，而且测量精度高、作业时间短，在公路工程建设中能够极大地提高工作效率。目前，该技术已经被广泛应用于各种等级的公路工程测量中。

1 GPS概述

GPS全球卫星定位系统是由美国国防部为了军事需要建立的。从上世纪70年代开始研制，耗资近300 亿美元，于1994年全面建成的，可以全天候地为用户提供三维坐标和时间信息，主要由空间星座、地面监控和用户设备三部分组成。它的工作原理是采用空间分布的卫星与地面接收机的距离交会得出地面点的位置坐标，通过GPS接收机在某一时刻同时接收了四颗以上的卫星所发出的信号，根据卫星星历数据通过数据计算、处理可得到该时刻接收机的三维坐标。在测量测绘领域，GPS定位装置引起体积小、重量轻而便于携带且技术指标精度高，已经为测量工程带来了极大的便利。

2 GPS系统的特点

GPS可以提供动态目标实时的三维坐标、速度和时间信息。它的主要特点如下：

（1）功能多、用途广。GPS不仅可以测量、导航、测速、测时。所以可以广泛地应用于测量、交通、农业、林业、水利、气象等方面。

（2）测站间无需保持通视。GPS在工作时，基准站和待测点之间无需保持通视，因此控制网在布设时更为灵活，相邻测站之间的距离也可更远，覆盖测区面积更大。

（3）定位精度高。一般的双频GPS接收机基线精度能达到5+1ppm，随着距离的增长，它的优势更加明显。

（4）全天候观测。GPS 测量不受气候条件的限制，可以在任何时间、任何地点连续进行测量。

（5）操作简便。GPS 接收机的数据采集工作可以自动进行，只要配备相应的通讯网络，用户只需要进行安装并开关仪器，其他观测及记录工作均有接收机自动完成。

（6）实时定位。运用GPS定位系统进行导航，可以实时测定运动载体的三维坐标和速度，可实时确保运动载体沿着设计的路线运行。

（7）提供三维坐标。GPS测量在精确确定测站平面坐标的同时，亦可以提供测站的大地高程。

3 公路测量中常规测量手段的缺陷

公路线路一般比较长，一个标段一般都有几十公里。涉及的区域比较广，地形比较复杂，地面测量难度也比较大，给公路的测量人员带来了极大的不便，不仅精确度不高，而且需耗费大量的人力、物力和财力，成本控制比较难。具体来说，主要包括以下方面：

（1）等级公路对导线的要求非常高，无论布设各种等级的附合导线或闭合导线，都要求测区有足够数量的高等级控制点，但是由于保护不力，很多控制点都遭到了破坏，需要测量人员重新埋设标石进行控制测量，而常规仪器要求点位之间通视，工作量大大增加，精度和效率大大降低。

（2）公路的长度比较长，涉及到的区域地形复杂，包括山地、平原、丘陵，并可能会遇到各种桥梁、隧道，不利于开展常规测量。

（3）施工中，由于工地现场情况复杂，施工材料和各类大型机械较多，对测量的影响比较大，误差大的时候需要返工重测，对整个建设工期造成很大的影响。

4 GPS在公路建设中的具体应用

传统的公路建设中的测量工作在项目设计、施工和运营管理阶段都有涉及，主要工作任务包括项测绘地形图、中线测量、纵横断面测量、施工放样、变形观测等，GPS系统都发挥着极其重要的作用。

（1）测绘地形图。公路工程在项目设计阶段主要工作内容就是测绘带状地形图。传统方式先要布设控制网，然后利用全站仪进行碎步测量，最后通过软件进行内业数据处理后，绘制出大比例尺地形图，这种方法工作量大、速度慢、效率低。而GPS技术可以先通过静态测量在公路沿线建立控制网，进行高精度的控制测量；然后使用RTK实时动态测量进行碎部点的测量，通过专门的绘图处理软件，结合点的编码属性信息可以进行自动成图。如果利用航空摄影测量再辅助GPS进行外业调绘，工作效率会更高。

（2）中线测量。设计人员在上述的大比例尺带状地形图上定线，需要测绘人员将道路中线在实地标定出来。常规方法需要使用全站仪逐点进行，由于要求控制点与放样点之间通视，工作效率极低。而使用GPS，只需根据使用软件将中线坐标提取出来形成文件，然后导入至GPS接收机，接着进行中线放样，该过程高程度自动化，不仅减少了人工操作的手工输入错误，而且由于每个点都是独立完成，不会产生误差累计，各放样点的精度很均匀。

（3）纵横断面测量。公路中线确定之后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可绘制路线纵断面和各桩点的横断面。首先可以将道路的中线数据输入GPS手簿中，同时在手簿中绘制道路的路线走向、起终点坐标等，GPS系统就会自动生成路线文件，测量员外出测量时，手簿上就会自动引导向起点位置移动，根据手簿的提示，在合理的地方敷设中桩，同时根据软件还可以在施工中随时加密中桩点，并同时对高程数据进行采集，可以很方便地绘制断面，极大地提高了工作效率。

（4）施工放样。在道路工程施工阶段，涉及到管线开挖、检查井砌筑、土方工程、照明工程、绿化工程等，无论哪个方面都离不开测量工作。使用传统手段，控制点需要布设在现场或者引测，施工现场的堆料和大型机械都可能影响控制点的保护，精度都会大大降低，而使用GPS则无需考虑这些，就可以得到高精度的放样结果；而在高程测量方面，GPS可以同时提供三维坐标，特别是在边坡开挖的时候，可以根据计算结果平面位置和高程同时进行放样，很容易指导施工的安全有序进行。

（5）变形观测。公路工程中通常涉及到桥梁和隧道，这些工程即使在工程竣工后也需要进行测量，用以确保工程的运营安全。GPS具有实时测量的功能，使用专业软件能够实时传输并处理，能够为技术人员提供实时的监测结果，比传统的监测手段更快捷，为调整方案、采取措施提供了宝贵的时间，节约更多的资源，提高社会效益。

5 结语

本文通过分析GPS在测量工程中的优势，结合传统测量在公路工程中的缺陷，提出GPS在公路工程中的具体实施策略以及相应技术，说明该技术在公路工程的应用前景广阔，可值得为同类工程所推广应用。但GPS自身也有缺点，如抗电磁干扰能力弱，接收机周边环境可能会造成多路径误差，设备的成本较高等，这些都要求我们在实际工作过程中合理地使用各种现代化的测量工具，最大限度地发挥其优势。

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