GPS 在高速公路工程测量中的应用

尹贵鹏

身份证号：210904198709142015

GPS 在高速公路工程测量中的应用

尹贵鹏

身份证号：210904198709142015

随着社会经济的迅猛发展，交通量也呈逐年剧增趋势，据估计全世界每年由于高速公路、街道和交通系统堵塞延误造成的生产力损失高达几千亿美元。建设高等级的高速公路是势在必行的，但公路等级的提高也代表着对公路的勘测、施工、设计、管理等方面的要求也越来越高。全球定位GPS系统的使用和精确性可以增加高速公路和街道上以及公共交通系统的车辆的安全和效率。本文主要对GPS技术在高速公路工程测量的应用进行了简要分析。

GPS；高速公路；工程测量

一、GPS在测量中的优势

1.1 精确定位

一般而言，红外仪的测量精度为5mm+5ppm左右，而GPS的测量精度已经能够达到红外仪水平。但GPS的优越性主要体现在远距离测量方面，距离越远，精度越高。例如，在基线小于50 km时，精度在12*10-6左右，但当基线在100 m-500 m之间时，精度能够达到10-6-10-7。

1.2 自动化

随着GPS技术的不断发展，现如今这种技术已经让数据信号接收机越来越小，设备不断改进、优化，已经能够方便测量人员携带。在实际测量过程中，测量人员只需要将天线对中并且整平，测量仪器高度并打开电源，就可以开始测量了。测量前需检查仪器的工作状态是否正常。仪器观测能够实现自动化，只需要采用相关软件就能够达到对数据的处理效果，自动计算出三维坐标。

1.3 观测时间较短

对高速公路的测量不能够长时间进行，因此测量需快速。在使用GPS方式设置控制网的时候，每个站点的观测时间只需要半小时。如果测量采用的是静态定位，在20千米以内的基线中仅需不到5分钟就能够将目标坐标求出。

二、GPS在测量中的作用

2.1 静态定位

这种静态测量方式适用面较广，能够对短距离或是长距离基线同时适用。在这种测量中，通常会用到3个接收机，把天线设立在基线两端，并标记好测量中心，将其对中整平。这样一来，3台接收机就可以在同一时间对高速公路进行测量。这种测量方式需4颗及以上卫星，并将采样率全部设置在5s-30s之间，截止高度角也应相同。

基线之间的精度与距离决定了观测时段长度，长度可以是几分钟，也可以长达几小时。在测量中，系统会自动解算用户站坐标(通常都是三维坐标)以及整周未知数。结束观测要根据解算结果判断，若结果的变化没有达到稳定趋势，则不能停止观测。随着RTK技术的普及，定位只需要5分钟-10分钟即可完成，相信通过技术的不断改进，定位时间会越来越短，精度也会越来越高，最终将目前高速公路测量中使用的全站仪完全替代。

2.2 动态定位

在高度公路测量领域，这种动态定位的发展前景极为广阔，能够达到测量纵断面地面线、图形测绘、测量公路横断面以及测量中桩的作用。测量时间较短，一般仅需要2秒-6秒即可达到精度在1厘米-3厘米的效果。同时，测量过程中无需通视，相对于全站仪而言更为方便快捷。

一般而言，高速公路设计范围较广，长度较长，公路等级高，在传统测量中采用的方式无法达到对精度的要求。在现代化测量中，GPS技术的运用能够在平面控制中对路线展开平差分析与导线网测量，利用GPS对中线进行放样。这一技术已经成功运用于高速公路测量中，如国道214、共茶高速以及国道109，测量结果得到一致好评。

三、高速公路测量中GPS技术的应用

3.1 设计控制网

控制网的设计首先需要严格选取坐标系，将“WGS-84”大地坐标系统向平面坐标系转换的过程中，需确保测量区域中投影长度不超过每千米2.5厘米的变形值。坐标系统的选择可根据以下两项标准来判定：

1)投影长度≤每千米2.5厘米：这种情况应选用平面直角坐标系，高斯正形为3度。在条件适用情况下，也可采用抵偿坐标系。

2)投影长度＞每千米2.5厘米：这种情况下必须使用抵偿坐标系，以免测量出现误差。当需要测量的高速公路长度超过一个投影带的有效范围时，应设置多个投影带，在每两个投影带范围交叠的地方设置能够相互通视的GPS测量点。

3.2 具体测量应用——以某高速为例

在一条全长约146千米的高速公路中，设计有5座隧道与23座桥梁，其中有3条隧道属于特长隧道。

在使用GPS技术展开测量时，需要从高速路段开始的地方起，每5千米至8千米设置一对观测点，两个观测点之间需要相互通视，间距在600米左右即可。由于这条高速公路中存在特长隧道，在对长度在1500米以上的隧道进行测量时，应在隧道中间位置以及两端分别布置测量点，若桥梁长度在200米以上时，也应以这种形式布设，保障放样需求的合理化。在本次研究中，全线一共埋设了63个GPS二级测量点与4个三级测量点。实际测量中，将桥梁与隧道中铺设的二级测量点作为首级平面控制网。

在本次研究中，对这一高速公路的测定共投入了17名研究员，其中8名为专业人员，另外9名为辅助研究员。设备方面，共使用了8台GPS接收机(Leica SR530)，测量平面精度控制在3毫米±0.5ppm。观测时间在一小时左右，并且每15秒进行一次数据采样。整个测量工作仅用时7个工作日。

3.3 导线控制

在研究的高速公路中，从公路起始处开始，每隔600米左右设立一级导线点一个，全线一共设置了212个导线点。测量仪器选用的是南方9600型以及Leica SR530这两种设备，采用静态测量方法，在10分钟内每隔15秒采集一次数据。

3.4 摄影测量

摄影测量一般采用飞行器为载体，间隔相同时间进行数据采集。摄影需要按照一定比例进行，比例尺根据地形图确定。例如，在一副1比2000的地形图中，摄影比例应该设定在1比10000；本次研究的高速公路测量中，在平差处理之后能够将测量精度达到100毫米左右，最弱边相对中误差在1/53768，高程数据是根据GPS计算中的拟合法解得出，符合计算要求。

四、总结

综上所述，公路工程建设技术以及施工工艺越来越先进，建设地点周围的地理环境又极为复杂，传统经典的测量手段己经很难满足公路工程建设的需要GPS技术的迅速发展，为公路工程控制测量提供了先进高效的测量手段。将GPS相对定位技术应用于公路工程的控制测量中，不仅极大的推动了GPS技术本身的发展，而且对公路的控制测量也具有极大的意义。

[1]谢强.GPS技术在高速公路工程测量中的应用研究分析[J].建筑工程技术与设计，2017(5).

[2]秦海涛，何宇翔，万勇.GPS RTK技术在高速公路工程测量中的应用[J].公路与汽运，2009(5)：110-112.