GPS技术在公路平面控制测量中的应用

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

1 GPS技术控制测量工作的原理

在GPS 技术应用时，其控制测量的工作原理如下：首先，选择精确度较高的静态相对定位方式进行测量控制，在GPS 网点中选点埋石，每隔固定的距离设置一个GPS 观测点，比如在国家规定的GPS 网点上布置四等GPS 控制点32 个，要求选点时必须选择在稳定平坦的开阔土地上，且应远离大功率无线电发射源以及高压输电线，最好没有大面积的水域，在选点后应在坐标系图上标定位置并绘制点。然后再在观测站点上安装GPS 接收机观测卫星信号，接收信号并进行数据分析处理，确定基线两侧在坐标系中的相对位置。此外，为了减少因观测点设置或相位测量误差，可利用载波波长、测量精确度高的优点进行载波相位观测量。该应用原理是因为2 个及以上的测站点在同一时间段内可同步观测相同卫星信号，因此接收机的钟差和卫星误差相差不大。

2 GPS技术应用特点和应用优势分析

2.1 定位精确度较高

经过多次项目测量实践证明，GPS 控制测量的精确度较高，在基线上设置多个观测点进行静态相对定位时，在800 km以上进行定位测量精确度可达10-8，在100 km～500 km 内进行定位测量的精确度达10-6～10-7，在小于50km 内进行定位测量时精确度可以达到1～2×10-6。

2.2 测站之间不需要通视

GPS 控制测量时一般不要求在测站之间保持通视，只要将测站点设置在平坦开阔的土地上即可，这样不但方便测量，而且也减少了大量的造价费用。因为不要求通视，所以点位位置以及相互之间的距离只要根据实际需要设置即可，距离和点位选择比较灵活，省去了大量在观测网中计算选点的工作，降低了工作难度，而且也能保证测量的精确度。

2.3 GPS数据处理结果能够提供三维坐标

在测量控制中应用GPS 技术对数据进行处理，处理后得到的结果可通过坐标显示，并将平面坐标和高程坐标分开进行计算，所得数据可以通过前后对比得到精确定位的测站点平面位置，另外还能获得高程点位的三维坐标。

2.4 GPS能够全天候作业

利用GPS 技术进行测量控制，可以全天候工作，这是因为GPS 设备的适应性很强，在任何环境下都能进行施测作业，即便是在恶劣环境下也能得到精确度的测量数据，并且能在全球任意点位和任意的时间进行持续性观测。

2.5 GPS接收机轻巧，操作方便

GPS 接收机日益朝着小体积、低重量、便于携带和运输的方向发展，在采用GPS 进行野外观测控制时，测量人员只要在测站点上安装接收机来接收卫星信号即可，可实现对卫星信号的跟踪和捕捉、记录、数据分析等，这些都是可以自动化完成的，所以操作方便对于人工的要求较低，也省去了大量的人工费用。

2.6 观测时间较短

GPS 的硬软件一直在不断更新和完善，采用GPS 进行控制测量，一方面可以保证测量的精确度，另一方面测量的时间较多，例如在20 km 的范围内进行相对静态定位的时间只需15 min～20 min，对于短距离测量一般只需要几分钟就能完成定位测量，并且采用静态定位测量法可以完成一条基线的测量工作。

3 GPS技术在公路平面控制测量中的具体应用

3.1 工程概况

某高速公路路线全长为1 034 km，为东南至西北走向，沿线的东南地段地形比较平坦，西北地段上地形复杂，沿线大部分是山地丘陵，植被茂盛，测区通视困难，如果采用常规的测量控制方法将无法在紧张的工期内完成，期间还会受到其他干扰因素的影响，最重要的是无法满足测量精确度的要求，所以应采用GPS 技术进行测量控制。

3.2 控制测量实施过程

3.2.1 控制网的布设

控制测量网的布置，首先必须根据甲方的要求以及GPS 的测量规范来设计，要求控制网有足够的闭合环，即由独立观测边构成的闭合图形，可提高图形强度和平差检验条件。其次，必须有一定数量的点位重合，便于从已知的观测点坐标来测算待测点的坐标。即GPS 控制网点应和地面上的已指控制网点充分重合起来，使重合点能在控制网络中实现均匀分布。同时要求观测网点和水准点重合，能够为地面水准点的观测和数据分析提供参考依据。此外，在控制网布置时必须保证GPS 站点观测有足够开阔的视野，避免受树木等障碍物干扰，虽然GPS应用适应能力强，但是为了保证观测的精确性，必须要求观测站点在高度150°以上无其他障碍物。使用联测法或在扩展控制网时必须保证各个观测站点之间的通视条件。为满足实际工程对测量精确度的要求，为实际工程生产作业所用，必须根据甲方的要求满足观测精确度的要求。最后，关于GPS 平面控制网的精确度指标还需结合工程实际精确度的需要以及所用仪器设备的特点、技术条件影响等，根据GPS 测量规范中关于相邻点位之间距离的标准差指标确定。

3.2.2 GPS测量外业实施

在GPS 测量外业实施中，根据测量设计要求在测量区域内布设GPS 观测点、导线点等。为了避免电磁场等对信号产生的影响，要求选择的点位尽量远离大功率无线电发射源与高压电线，选择交通便利和视野开阔的地方。最后选点结束后，根据现场实际浇筑混凝土桩进行标记和记录。在具体测量时，为了获得精确的数据并进行对比，先在已知GPS 观测点上利用三角支架进行观测，平面观测时，要满足测量规范要求，然后使用相同方式对其他布置的观测站点进行测量，取3 个差值不超过2 cm 的平面观测结果作为该点观测站点的平面坐标观测结果，数据见表1。

表1 施工控制点平面坐标成果表

利用GPS 测量完成后，使用全站仪对施工控制点A1、A2、A3 进行角度、边长检核，检核结果见表2。

表2 施工控制点平面坐标成果表

由表2 可知，角度较差为8″（限差为±20″），最弱边相对中误差为1/27767（限差为1/7000），精度良好，满足“规范”要求。

在施测结束后，需要利用相关数据处理软件完成基线解算和网平差等数据处理，然后获得GPS 控制点的三维坐标，并保证同步观测精度、异步环观测精度和复测基线观测精度等精度指标要符合设计要求。

3.3 在利用GPS进行公路平面控制测量时需要注意的事项

首先，必须保证所选择的测量控制点应在视野开阔、土地平坦的地区。1）为了方便观测。2）为了方便接收到卫星信号且保证数据的准确无误，同时要考虑是否方便，保存数据。在具体测量控制时，要求观测的时间间隔不能相差太远，也不能相差太近，否则，会对测量结果产生不利影响，例如会降低测量数据的精确性和完整性。此外，为了获得更高精确度的数据，对于卫星信号接收时间段的选择非常关键，同时对于坐标系转换参数的收集、计算等也非常重要，在控制测量时要求将转换参数控制在可控范围内，从而提高施工测量坐标的测量精度。

4 结语

综上所述，该文对GPS 系统的构成、测量控制应用时的工作原理、特点和优势等进行了简单的分析，在此基础上结合具体公路测量工程，阐述GPS 技术在公路平面测量控制中的具体应用，得出由于GPS 精确度高、观测时间短、观测站点之间无需通视等特点，在实际野外施测中可有效获得精确的测量数据，能为工程施工提供重要的数据参考。在实际公路平面控制测量过程中，GPS 技术的应用可提高点位布设的灵活度，网形结构也更加合理、成果更加精确可靠，测量结果的精确度远远高于传统测量方法，能满足后期公路施工所需。此外，自动化程度较高，能有效减轻测量工作量和工作强度，提高了工作效率，尤其在一些地形复杂的地区进行测量，采用GPS 进行控制测量可获得显著的经济效益。不过在实际测量控制中也要注意，为了便于测量，也为了使获得的数据精确程度更高，必须保证有足够开阔的测量视野，且保证基础设置平稳，测试区域内各个测站点之间的间隔不能相差太大，否则也会影响工程测量结果。