GPS技术在大方量土石方填筑施工中的运用

赵旭召

（秦皇岛路桥建设开发有限公司，河北 秦皇岛066000）

1 引言

随着经济建设的深入，结合省市干线公路网的长远规划和本项目的重要性，高度重视环境保护，使线形、地形、地物相协调；施工中遵循因地制宜，合理选材，方便施工，合理控制工程造价；在本项目路基土石方工程施工中，在大乐安寨、小乐安寨和慕义寨段三段路基需要测算土石方填挖工程量，避免超开挖和二次倒运费用；土石方的测算，对指导施工和成本控制起着至关重要的作用。工程测算一般采用水准仪和全站仪等测量仪器，内业计算有方格法、积木法等方法。在同样精度要求下，采用不同的测量方法会有不同的效率，选择合适的测量方法有利于提高效率，节省时间，甚至可以减少纠纷。具体采用什么方法需根据实际情况和施工方要求确定。GPS技术近年来得到了快速发展，并日趋成熟，已逐步应用于工程测量的各个领域，用于土石方测量更是极大地提高了精度和效率[1]。

2 GPS的定义

GPS（Global Positioning System）全球定位系统是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，由空间部分（由24 颗卫星组成，其中21 颗工作卫星，3 颗备用卫星，均匀分布在6个轨道面上）、地面控制系统（由监测站、主控制站、地面天线所组成）、用户设备部分（即GPS信号接收机主要由天线单元和接受单元两部分组成）组成。

3 GPS的运用

在京哈高速秦皇岛互通北戴河连接线工程中，应用GPS测量技术进行控制点闭合、原地表复测及施工控制测量和校核，并取得了较好的效果。由于该项目地处平原微丘区，地势起伏，坡度陡峻，土石方量较大，且工期紧，任务重。选择一个最佳的测量方案至关重要，论文对如下方案进行了比较[2]。

①应用常规全站仪和水准仪测量，测量实地各点平面位置和高程，并采集坐标数据。这种方法操作简单，仪器要求不高，但是受通视和距离影响较多。但在此项目中，不太实用。若采用此法，控制点为了保持通视加密过多不仅影响精度，而且闭合起来费时费工[3]。外业要根据已知和加密闭合后的控制点测设原地表数据，然后经过内业整理计算，此法工作烦琐，效率低下，所以暂时放弃全站仪和水准仪测量法。

②利用GPS测量技术，用常规测设和放样模式将各控制点及原地貌变坡点的三维坐标采集和路线控制点三维坐标放样到实地[4]。这种方法不受距离和通视限制，且测量速度和精度较全站仪测量有所提高，全天候不受时间限制，既省去了内业整理工作，外业也不必逐点放样，大大提高了效率。在路基土石方全面开展施工阶段，通过采取增加一台移动站同时工作，大大提高了工作效率[5]。

4 实施过程

在本项目中采用1 台南方测绘基准站和2 台南方测绘移动站。2 台移动站利用蓝牙技术在接受机主机和手簿之间进行数据交换，是完全无线，一体化GPS接收机，给外业测量带来极大的便利。1 台基准站和2 台移动站测量精度完全满足土石方填筑测量的要求。

现场测量：配备3 台GPS接收机到现场，其中1 台作为基准站，其余2 台为移动站，分两组同时作业。控制网事先已经闭合，在地势较高、通视较好、辐射范围最广的地方架设基准站，设置好各项参数，校正好点，测量即可开始。对于移动站，启动后，我们延着设计路线整桩号断面测量，根据测线图每走10～20m 放样一个点的三维坐标，直至一个断面上需要测量的点测完再进行下一个断面上点的测量。

外业完成后，将数据从手薄中导出，做必要的整理，利用软件计算土方量，这样既方便快速又直观[6]。

5 对工程建设产生的影响

GPS具有全天候、全球覆盖、三维定速定时高精度、快速省时高效率的特点，这样就能更好地、实时地对工程质量和工程成本进行监控，对工程量进行统计。如对同一个点开挖或填筑前后的高程观测，来监控层厚或开挖深度进行质量控制；对挖填方进行统计得出外借土方量，及时解决土源问题来进行成本控制；实时对已完工程量和尚剩工程量统计来进行进度控制等。GPS的高效性使工程状况更加清晰明了地呈现在我们面前，这样工程的质量、成本、进度都有了较好控制工程，就能更好地向着预期目标发展。

6 注意的问题

在此土石方测量项目中，需要注意以下几点：

①X 坐标存在负值，在校点时一定要注意正负号；

②各控制点坐标系统要与架设基准站的控制点坐标系统一致；

③移动站的参数设置一定要与基准站的参数设置一致，要用同一通道，否则无法接受信息，同时也要注意不要连接到其他设备上去；

④由于基准站和移动站为无线一体机，主机与手簿之间的信息交换通过蓝牙来实现，每次手簿设置参数或与原来的连接断开时，都要重新寻找蓝牙设备，与之建立连接并重新进行校核，每个手簿一定要选择和自己相应的接受机，否则可能产生很多麻烦；

⑤如果某些地区因建筑物或树木遮挡而无信号，可在附近不远处采集与之等高的点，内业时稍作处理一下，也可以沿同一方向测量一点，用内插的方法确定方格点高程，这样做对土方的测量精度的影响不是太大。

7 结语

通过整个测量过程可以看出，使用GPS进行土石方工程测量，效率很高，并且降低了劳动强度，缩短了工期。在质量、成本和进度控制方面也更快速有效。对土石方工程是否能高效率、高质量地完成有着深远的意义。当然，如果在遮挡物较多或结构物下部，卫星信号不佳的地方，GPS还是有所局限，此时可以和全站仪结合使用，取长补短，达到最好的功效。