GPS在高速公路工程测量中的应用研究

杨刘虎

（中交二公局第六工程有限公司，陕西 西安 715600）

0 引言

GPS 系统中的接收机性能与数据处理技术表现较强，所以它能够被应用于高速公路工程测量中，体现测量技术应用优势。近年来，基于GPS系统所构建的全球高速公路高精度、快速度、三维坐标以及时间信息测量机制愈发成熟，它对于高速公路工程整体建设具有良好促进作用。本文研究GPS 技术在高速公路测量中的实践应用，为相关技术人员提供参考。

1 GPS系统的基本理论分析

1.1 GPS系统的基本构成

GPS系统中的组成部分较多，它不但涵盖了多颗空间卫星，还包括了地面监控站以及用户设备，共同组建形成多点分支结构体系。这些卫星都在轨道上运行确保轨道平面满载卫星，且轨道平面倾斜角度最大达到65°以上。而GPS系统与地面上的信号衔接则主要为波段无线电载波，结合GPS系统建立相互关联系统。它主要通过一个动态已知点来观测地面信息数据，同时也会对卫星的轨道参数、钟参数等进行计算，并将计算获得数据全部存储到卫星存储器之中。

在地面上，GPS系统接收机发挥了巨大作用，它配置有数据处理软件以及终端设备，可随时随地捕捉、跟踪卫星运行信号，满足信号相互交换与放大处理等若干技术要求，在解算自由网络平差和过程中也发挥了价值，保证接收机中心能够精确测量各种三维坐标。

1.2 GPS系统的工作机理

在GPS系统中设置了接收机，它主要采用距离交会法建立卫星导航定位系统，确保科学合理架设GPS接收机内容，提高接收机整体架设质量。在该过程中，GPS系统发挥了重要作用，即在某一时刻接收多颗GPS卫星信号，计算求得GPS卫星之间距离，获得卫星三维坐标位置，形成一点卫星信号的三维坐标数字式（AP、BP、CP）。例如AP的三维坐标数字式应为：

1.3 GPS系统的测量特征

GPS系统所表现出的测量技术特征明确且突出，首先它具有极高的定位精度，在配合高精度双拼GPS建立接收机测量基线精度，确保其最大达到5mm+2ppm左右。同时将红外仪精度控制在5mm+5pm左右。在结合GPS测量精度距离增加这一过程中，GPS系统的测量优越性能会逐渐表现出来。而通过大量实践结果也表明，如果基线小于50km 则其测量精度也会进一步提升，大约在500km范围内基线精度可以达到一个较高水平，测量工作十分到位。

在GPS系统中，需要把握测站之间的相互通视距离，结合测量过程检测距离。在某些测量复杂地形地区，需要结合测量技术过程来选取通视点，但存在一定难度。当然，利用系统所开展的测量工作更加灵活便捷，始终保证测站点宽阔，提高信号接收效率。

在某些技术体系中，利用GPS系统可有效测量距离，保证测量自动化水平不断提升。这里主要运用到了大量创新技术内容，保证建立小型化、智能化技术操作，保证配合天线进行诸多技术性调整，满足电源自动观测技术要求，在配合大量数据处理软件过程中建立测点三维坐标，满足卫星设计距离与跟踪观测等诸多要求，确保技术应用准确到位，提高GPS系统的整体观测应用能力。就整体而言，这一做法是非常有效的。

一般来说，要合理把控GPS系统测量时间，确保测量工作准确到位，同时布设控制网，每次观测时间大约控制在30～50min左右。其中所采用的是快速静态定位方法，整体看来观测时间相对较短，且在观测工作中可实现RTK短时间内（5s内）测量点局部三维坐标。

在全天候作业过程中，GPS系统发挥了重大价值作用，因为它可以实现动态施测过程，尽量减少外界对于其整体环境因素影响。因此，GPS系统的测量技术优势明显，目前已被广泛应用于高速公路工程测量工作中。

1.4 GPS系统的测量缺陷

就GPS系统技术性表现而言，它的测量定位精度较高、布点更加灵活、适应性更强、操作更加便捷、且能够绘制大比例尺地形图，在这一点上能解决诸多不足问题。例如横纵断面放样问题，结合GPS测量过程分析操作不足，解决操作问题。这里对GPS系统的4点测量缺陷问题进行分析：

（1）这里应该给出GPS系统的精确测量定位计算公式，主要计算卫星与接收机之间的精确计算距离，保证固定模式背景下测算距离到位，其计算公式参考如下：

距离=速度×时间[1]

结合上述公式计算相关时间指标，确保针对距离计算电磁波传播速度，确保测量计算快速到位，同时分析电磁波在真空环境中的传播速度加快这一现实问题。不过考虑到大气层并非真空状态，因此信号会受到电离层以及对流层的双重影响，要利用GPS系统对这一影响问题进行分析计算，但在某些区域计算过程中可能存在误差问题。

（2）在利用GPS系统配合常规仪器进行测量过程中应该合理把握高程，调整测量过程，优化测量点距，确保测量过程有效到位，建立多重基准点与观测点之间的相互优化距离，保证多个高等控制点展开联测与复核过程。因此，基准站方位观测情况亟待优化，必须提高测量精度。

（3）需要结合高速公路工程测量实践满足相关技术要求，保证测量整体精度有效提升，配合GPS控制市政工程测量控制点，提高测量水平，确保在高程精度条件下也能够满足工程建设需求。但实际上，GPS在进行水准联测过程中还存在高程精度无法保证的缺陷问题，需要改进。

（4）在利用GPS实现控制点位差异测量过程中可能会影响到点位测量精度，为此需要在测量过程中接收卫星并发射信号解决这一问题，满足数据处理全过程技术要求，获得点位、高程坐标。这一过程中由于受到外部信号干扰可能会导致出现测量误差。就这一技术环节而言，可能是因为GPS系统始终处于浮动状态中，往往会出现假固定或者无法固定情况，从而出现巨大数据误差问题，整体来看，测量效率低下且精度偏低，无法正常体现测量精度优越性[2]。

2 GPS技术在高速公路工程测量中的应用要点

在目前的高速公路工程测量工作中已经广泛、深入地运用到了GPS 技术。它主要利用GPS 技术的两大功能，分别为静态测量与动态测量。在实际的高速公路工程项目测量工作中，还要结合GPS控制网等展开一系列技术实践应用分析。

2.1 建立GPS控制网络

在建立GPS控制网络开展高速公路测量过程中，需要首先初步确定GPS 点位和线路，做好定位工作，确保GPS点控制网络设计到位。然后进行GPS选点和埋石，架设GPS观测仪开展正式观测工作，需要结合具体问题进行具体分析，建立控制网加密机制，计算导线点坐标平差，保证计算到位。

在建立GPS定位操作机制过程中，分析相关路线并做好定位，积极开展外业测量任务，确保相关人员对高速公路进行初步勘察与分析了解。建立高速公路针对GPS点位的勘测机制，保证提高测量等级，结合相关技术机制满足联测与复测要求[3]。

必须结合GPS控制网设计内容调整控制网点设置过程，做好相应技术划分，保证充分展现控制网设计内容，确保布点实施公路有效优化，满足高速公路地形地貌建立检测机制，配合GPS控制网布设相关技术内容，提高测量精度。在卫星接收过程中深入了解GPS电网控制设计精度，综合考量相关设计方案优化过程。就整体而言，还需要建立GPS首级控制网，结合高速公路沿线地貌环境分析技术操作过程，确保卫星接收过程中GPS点控制网设计精度有效提高，为此需要至少架设4个GPS观测点，确保点位坐标测量到位，最大限度加快测量速度，保证测量全线工作实施到位。

在建立GPS系统埋石机制过程中，需要保证技术规范，并优化到位，满足现场点位置记录有效，提高测量精度，提升测量水平[4]。

在架设GPS观测仪开展观测过程中需要保证测量共同时间，切实满足高速公路工程建设规范技术要求。结合相关操作过程明确观测时间，建立观测等级机制。

充分利用GPS观测数据并加以处理，结合数据分析软件建立高速公路基线结算与校核机制，保证GPS控制网平差距计算到位。在计算过程中需要考虑所生成数据格式不同，根据国际标准格式进行数据转换，要结合多种格式建立数据结果精算比较机制，结合平差结果精度较高软件建立测量机制，确保计算过程快捷到位，满足计算过程建立平差报告机制。在这一过程中需要展开一系列的人性化调试机制，结合优秀数据处理相关测量结果即可。

要对GPS管理过程进行分析，建立控制网络并予以加密处理，结合计算过程分析相关操作内容，建立人性化调试机制，保证结果数据处理正确到位。在高速公路高程测量过程中需要根据路线进行分析，建立GPS点分布数据分析机制。结合每一段单独附合导线开展测量工作，确保每一段附合导线都能起始于指定GPS点位置，辅助完成高速公路工程测量过程。

在建立平差机制过程中要进行积极计算，确保结合导向传输数据，保证数据计算系统计算到位，满足角度与距离平差分析技术要求[5]。

2.2 形成动态测量技术机制

要发挥动态测量技术水平，满足测量机制应用要求，建立动态测量机制，其技术特点是实时动态定位，在高速公路测量应用中配合动态定位技术实现载波相位观测过程，了解实时差分技术体系构建过程，满足技术突破要求。即要建立三维坐标分析机制，确保优化动态数据内容，形成不同动态测量机制，分析相关管理工作机制，确保点位精度测量到位。这一点要结合无线电传输设备展开分析，确保流动站测量计算到位，满足三维坐标测量要求，不断提高测量精度，实现对卫星数据通讯的连续观测[6]。在流动站方面应该设置与卫星信号相关联的接收机，通过无线电传输设备接收基准站观测数据，保证随机计算相对定位原理实时到位，满足流动站三维坐标与测量精度要求。在对基准点与待测点进行实时监测过程中需要了解基线变化，分析其计算结果状况。如上所述，充分利用GPS静态与动态两种定位技术可以高效率、高精度实现公路平面控制测量，最大限度减少作业强度并提高工作效率。而随GPS技术的不断优化完善，其针对高速公路的测量初始化时间也在逐渐缩短，精度逐渐提高，这对高速公路工程单位的测量前期控制与施测过程安全性提升都有利。必须控制公路GPS控制网间隔点，有效控制间隔位置，如此划分公路等级，确立布网方案，确保测量精度满足等级要求，建立高速公路GPS控制网[7]。

3 结束语

总之，在高速公路工程测量中应合理运用GPS技术，确保其发挥实践应用技术价值。在应用技术要点过程中要保证测量成图，并建立相关技术控制依据，围绕控制网络明确公路区域具体宽度。同时也要结合高速公路勘测阶段配合GPS构建基础放样机制，最大限度提高测量精度水平与原始数据提取精度。此外，要结合施工阶段分析设计要求内容，确保GPS控制网络实施原地放样机制，明确构造物放样水平，提高高速公路改造效益[8]。