GNSS技术在高速公路路面工程测量中的应用探讨

梁雄铿

【摘要：】在高速公路路面工程测量中运用GNSS技术，能够有效提高测量的精准度，进而提高工程质量。文章介绍了GNSS技术原理及特点，探讨了GNSS技术在高速公路路面工程测量中的应用方法，并展望GNSS技术在高速公路路面工程测量中的发展前景。

【关键词：】GNSS技术;高速公路;路面测量;应用

U412.6A170533

0 引言

随着科学技术不断发展，传统高速公路路面工程测量技术弊端逐渐显露，其具有人员需求量大、受自然条件影响大、测量精准度低等缺点。而相比于传统高速公路路面工程测量技术，GNSS技术应用在高速公路路面工程测量中则有测量精准度高、操作简单、观测时间短等显著优势。因此，应在高速公路路面工程测量中广泛应用GNSS技术，以此提高高速公路路面工程测量精准度，从而提高工程质量。

1 GNSS技术原理及特点

1.1 GNSS技术原理

GNSS即全球卫星导航系统，是指利用人造卫星发射和接收地理信息，利用发射器、地面控制系统和接收器为全球提供全方位、全时段、高精度地理坐标的一类无线电导航系统。其具体原理为：利用人造卫星发射信号的速度和从发射到接收的时间，计算人造卫星的接收距离。通常情况下，1颗卫星所确定的点位是一个球面，2颗卫星所确定的点位呈椭圆形，3颗卫星能够确定两个点位位置，4颗衛星则可准确对点位进行定位（见图1）。因此，GNSS技术是采集4颗及以上的卫星建立一个三维坐标系，利用基站与卫星之间的差值，准确计算出测量信息，有效提高测量精准度和质量。现阶段，较为常用的GNSS系统有四种，分别是GPS、北斗、GLONASS和Galileo。就目前情况而言，GNSS系统不仅是科学技术水平的象征，也是国家综合实力的重要标志。

1.2 GNSS技术特点

相比于传统高速公路路面工程测量技术，GNSS技术具有以下7个方面特点：

（1）观测站之间无须视通：传统高速公路路面工程测量仪器为光学或经纬仪器，其测量原理大多是测量角度与长度，再利用解三角形测算出准确定位[1]。相比于传统路面工程测量技术，GNSS技术主要利用人造卫星、地点控制系统、基准站之间的距离，通过空间距离后方交会原理确定点位，各观测站的接收机之间无须进行视通，利用信号传播即可。

（2）测量精度高：GNSS技术能够利用人造卫星建立一个庞大的地面控制网络，利用卫星实时同步观测，极少受到传输误差影响[2]。此外，GNSS技术还能够避免累积误差，极大提高测量精准度。

（3）观测时间短：GNSS系统能够有效控制观测时间，能够满足高速公路路面工程观测时间≥30 min。

（4）操作便捷：随着科学技术不断发展，GNSS接收器体积不断缩小，现阶段，便携式GNSS接收器已广泛应用在高速公路测量工程中[3]。此外，便携式GNSS接收器智能化水平有所提高，其对操作人员的技术要求相对较低，通过简单培训即可进行操作。

（5）全时段作业：GNSS不受时间、空间限制，可全时段、全天候作业，即使在夜间工作也不会产生较大误差。

（6）三维坐标定位精确：GNSS可采集4颗卫星信号，并将求得的转换参数建立三维坐标，确保定位信息更加准确。

（7）成本低、经济效益高：随着科学技术水平不断提高，电子产品广泛应用在人们日常生产生活中，电子产品价格也随之下降。GNSS技术最初兴起时价格相对较高，约在10～20万元之间，现今仅需1～2万元。此外，与传统高速公路路面测量技术相比，GNSS技术为施工单位降低了人工成本，因此，GNSS技术具有成本低、经济效益高的特点。

2 GNSS技术在高速公路路面工程测量中的应用

GNSS技术可应用在高速公路路面工程测量的各个阶段，其工作示意图见图2。具体应用主要表现在以下三方面。

2.1 GNSS技术用于加密路面控制点

在高速公路路面工程实际施工过程中，会受到多方面因素影响，进而影响施工效率与施工质量[4]。以广东省龙连段高速公路工程施工为例，该工程在施工过程中不慎将设计单位所提供的测量点破坏，而没有被破坏的测量点之间无法视通。此外，该工程所经过的大型桥隧较多，如茶场大桥（桥面全长约665 m）、金花隧道（全长约4 747 m）等。在此不利工程条件下，施工单位为确保路面工程进度，保证施工效率和工程质量，必须对路面增加控制点。利用GNSS技术可在短时间内采集静态数据，利用网平差将采集后的静态数据进行处理，得到精准度较高的平面控制网，并利用该平面控制网加密路面控制点[5]。相比于传统路面加密控制点测量方法，GNSS技术能够有效提高路面加密控制点的建设效率，打破路面工程不利条件，确保路面工程测量顺利进行。

2.2 GNSS技术用于路面放线

路面放线是高速公路路面测量的重要环节，其质量决定着高速公路路面工程整体质量。在实际高速公路路面工程测量中，路面工程设计人员首先应在图纸上完成定线，随后在公路路面中线进行标识[6]。利用GNSS电子设备新建与公路中线标识相匹配的工程项目，并建立道路平纵曲线文件。值得注意的是，GNSS技术操作人员应根据高速公路路面工程级别选择合适的录入方法，常用的录入方法有交点法、线元法等。随后，操作人员应根据设计图纸建立相应的三维坐标系统，并确定中央子午线。该坐标系统可自动定位放样点，在实际测量过程中，坐标系统所定位的放样点均具有相对独立性，每一个点位都有着对应的坐标，进而确保放样点的精准性。此外，工作人员还可将设计好的平纵曲线文件输入到GNSS设备软件中，利用GNSS道路软件完成高速公路路面曲线放样。

相比于传统高速公路路面工程放线技术，GNSS路面放线技术具有以下几点优势：

（1）工作效率高：在实际高速公路路面放线工作中，工作人员可利用GNSS设备在基准站、移动站5 km范围内开展工作，且GNSS设备操作及信息收集仅通过一名工作人员即可完成。相比于传统高速公路路面放线技术，GNSS技术摒弃了布置控制点环节，使路面放线工作不再受控制点条件限制，在开展高速公路路面放线工作时，无须再移动控制点，有效提高了高速公路路面放线工作效率。

（2）放样点精准：利用GNSS技术设置的放样点，具有相对独立特点，每一个放样点之间不会相互影响，既能够提高放样点的精准度，又能够降低积累误差。

（3）持续作业：在开展高速公路路面放线工作时，GNSS技术可以不受气候、时间、空间等条件限制，即使在夜间也能精准地完成工作，真正实现全时段、全方位、全天候持续作业。

（4）GNSS设备程序功能强大：便携式GNSS设备可将高速公路路面放线所能运用到的全部工具容纳进来，工作人员只需要将测量出的圆曲线、缓和曲线等参数输入到对应软件中，即可获得整条线路位置，并依据线路位置选择合适的放样点[7]。此外，GNSS技术智能化水平较高，能够做到实时监测测量成果，及时发现路面放线过程中出现的问题，并通过现场指示纠正该问题，确保路面放线工作的精准性，从而保证高速公路路面工程的整体质量。

2.3 GNSS技术用于路面横纵断面放样

路面横纵断面放样是高速公路路面工程测量的重要环节之一，其精准度能够直接影响路面工程测量精确度，影响路面工程测量工作整体效率和质量[8]。在实际高速公路路面横纵断面放样工作中，工作人员可利用便携式GNSS设备中所带有的处理软件，将平断面、横纵断面设计参数输入其中，设计出高速公路路线三维建模，而软件经过大数据处理后可将合适的放样点在三维建模中显示出来，这样既能够保证路面横纵断面放样点的精准性，也能夠极大缩短该项工作的时间，提高路面横纵断面放样工作的效率。

2.4 GNSS技术可结合PTK在路面工程监测工作中实现实时动态测量

PTK技术实质上是一种用户识别发展工具，在基站不动的前提下，收集并分析误差产生的原因，利用大数据网络、电台等形式将分析出的误差原因传送给流动站，进而帮助流动站得出实时的精确坐标。换句话说，无论是手机、电台还是网络都是误差产生原因的一种传输工具。

随着信息化进程不断加快，传统PTK技术已无法适应时代发展潮流，其弊端逐渐显露。近年来，随着GNSS技术兴起，将GNSS技术与PTK技术相结合，使PTK技术由传统的“1+1”系统转变为“1+2”系统，甚至发展成为差分系统，即WADGNSS。将GNSS技术与PTK技术相结合，能够有效扩展PTK技术测量范围，提高传输速度。

高速公路路面工程测量实际上是整个高速公路工程测量的重要分支，在实际操作过程中，需采用对应的设备及方法将设计图纸上的点位与现实点位相对应。在传统高速公路路面测量中，工作人员常常利用经纬仪等设备进行坐标放样，在放样过程中需不断移动目标，且该放样工作需2～3人配合才能完成。同时，在此操作期间需保证各放样点之间通视效果良好。如在放样过程中出现问题，专业人员需进行大量计算才能确保放样工作顺利进行。而如果运用GNSS结合PTK技术，则可利用GNSS设备实现一人操作、一人放样，GNSS设备可实时提醒工作人员是否走到放样位置，这样既能减少路面工程测量放样工作中的人力成本，又能减少放样工作中的积累误差，实现高效放样，直接提高高速公路路面工程测量工作的质量。

3 GNSS技术在高速公路路面工程测量中的应用前景

随着科学技术不断发展，我国各类工程设计已实现CAD制图标准化，高速公路路面工程建设也不例外，大多数工程设计软件继续以数字化技术产品支持。近年来，我国经济体制改革不断深入，为推动各地区经济发展，国家愈发重视高速公路建设，高速公路建设工程迎来了巨大的挑战与机遇。在这一背景下，要求高速公路各类工程建设应朝着数字化、信息化方向发展，应在工程全过程中建立一体化数字链，大幅度减少数据计算、传输时间，提高高速公路工程建设效率。

就目前情况而言，在高速公路路面工程测量中引进GNSS技术，是对原有高速公路路面工程测量技术的技术改造，是使高速公路路面工程测量工作朝着信息化、数字化、智能化方向发展的重要举措。在未来高速公路路面工程测量工作中，GNSS技术必将展现其高精度的作业特点，实现毫米级别的控制测量精度和厘米级别的放样精度。同时，GNSS技术还将会彻底改变高速公路测量模式，利用GNSS技术建立三维立体坐标，在规划线路、桥梁和隧道勘查工作中实现其应用价值。此外，在未来高速公路路面测量中使用GNSS技术，必将实现实时放样、实时测量，打破时间、空间、气候等条件限制，提高高速公路路面工程测量工作的效率。

4 结语

综上所述，将GNSS技术科学且合理地应用在高速公路路面工程测量中，不仅能够提高高速公路路面工程测量精准度，还能够打破时间、空间等条件限制，拓展测量范围。同时，GNSS技术还具有操作便捷、劳动强度低、全方位、全时段监测等优点。在新时代背景下，GNSS技术必将广泛应用在高速公路路面工程测量中，不断推进高速公路路面工程测量技术发展，不断提高高速公路路面工程质量。未来的高速公路路面工程测量工作必将朝着高效率、高质量、高水平方向发展，GNSS技术也必将随着时代发展不断适应高强度的高速公路路面工程测量工作。

参考文献：

[1]金 蕾，徐卫国.GNSS在工程测量中的应用[J].建筑科学，202 37（9）：10 004.

[2]石威力.浅谈GNSS测量技术在房建工程中的应用[J].四川建材，202 47（11）：74-75.

[3]乔润东.GNSS技术在公路测量中的应用[J].交通世界，2021（11）：64-65.

[4]段廷魁.全球卫星定位系统（GNSS）在工程测量中的实践运用探索[J].科技创新与应用，2021（5）：182-184.

[5]吕海涛.GNSS-RTK技术在道路工程测绘中的应用分析[J].交通科技与管理，2021（21）：96，72.

[6]姜 洲，吴学超.基于GNSS技术与全站仪济青高速改扩建工点测量中的应用及精度分析[J].测绘与空间地理信息，202 44（6）：155-157，16 164.

[7]张志军.探究GNSS测绘技术的特点及其在工程测绘中运用[J].城镇建设，2021（16），377.

[8]候燕杰，王 洁.GNSS技术在高速公路路面工程测量中的应用探析[J].地矿测绘（2630-4732），2020，3（2）：117.