浅析GPS测量技术在工程中的应用

　　摘要：GPS 测量技术是建立公路控制网的有效手段，在公路测量中，采用GPS 测量，不仅精度高，提供的成果可靠，而且方便快捷，经济实用，大大地降低了劳动作业强度，提高了工作效率。文章针对GPS测量技术的应用进行分析探讨。
　　关键词：GPS技术；工程；应用
　　1.当前常规公路测量的缺陷
　　公路线路一般是带状，路线长度不等，有的路线长长为100km～300km，有的已达到500km，其平面控制测量往往采用导线网形式；对于重要构造物如大桥、特大桥、长大桥、长大隧道等，也有布设成三角网，线形锁等形式。在这样一个带状走廊内，实施测量，尤其是高等级控制点稀少的情况下，常规测量方法就有它明显的缺陷：
　　（1）规范对符合导线长、闭合导线长及结点导线长度等有严格的规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。导线符合或闭合长度最长不得超过10km，结点导线结点间距不能超过符合导线长度的0.7倍。这就要求测区要有足够的国家大地点，但实际上由于测区相当一部分国家大地点因各种原因遭到破坏，这样用常规测量方法根本无法满足上述要求，实际作业中质量也就无法保证。
　　（2）一般来说，路线的控制点要求布设在距路线50m ～ 300m。但实际作业中，由于常规测量往往受地面通视条件的限制，这一条件难以满足，有些地区根本无法实施常规测量，如大范围密林、密灌地区。
　　（3）由于受天气、人为因素等因素的影响，用常规测量往往免不了要返工，影响工期。
　　（4）有些长大隧道、特大桥多位于地形复杂地带，进行常规控制测量，为满足通视和网形条件，往往要做很多砍伐工作，一方面破坏了环境，另一方面加大了工作量，增加了劳动强度。
　　2.GPS测量技术的特点
　　（1）测站之间无需通视
　　（2）定位精度高
　　（3）观测时间短
　　（4）提供三维坐标
　　（5）操作简便
　　（6）全天候作业
　　3.GPS测量在公路工程中的应用
　　3.1GPS公路测量准备
　　使用GPS作公路测量时，应该收集相关资料，以便作好测量的前期准备。需要收集的资料有工程招标文件、JTG C10-2007《公路勘测规范》、JTF10-2006《公路路基施工技术规范》、JTJ063-85《公路隧道勘测规程》、JTJ062-2002《公路桥位勘测设计规程》、JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》等。同时，做好测量计划，通过研究各种工程设计的方案，确定适合该段公路的GPS测量技术。在现阶段，中国公路的测量中，静态GPS测量最为普遍。随着测量技术的不断发展，各种新型的测量技术蜂拥而至，其中实时动态测量技术逐渐成为主流趋势，开始应用于公路工程。
　　3.2 GPS公路测量
　　（1）工作时段选择。由于线路上的地形复杂，需要选择良好的观察时段才能采集完整的数据，所以要根据天气预报选择一个良好的观察时段。同时，定位精度的高低与卫星的几何分布密切相关，观察人员可以用Planning软件查看卫星的分布情况，从而合理安排工作时段。
　　（2）工作区平面控制网的建立。通过放样资料，利用GPS静态测量确定工作区控制网，与国家点联测，点间距为5～8km。先将控制点的平面坐标求出来，并考虑投影变形的情况，由于公路跨越范围广、路线的地形复杂，所以变形各有不同。在3°投影带附近，由于长度变形较大，中线桩实地测量的长度与图中反算结果不同，满足不了放样的要求，所以要采取措施减少长度变形。
　　（3）高度的控制测量。工程实际使用的是正常高，而GPS测得的高程是大地高，必须将大地高程换算为正常高。然而，由于高程变化复杂，山区高程精度也不高。同时，要求新线定测为每4km 设置一个水准点，但部分地形满足不了GPS的观察条件，拟合的高程并不能保证其精度。所以水准仍使用水准仪作业模式。
　　（4）地方坐标转换参数的求取。对地方独立网格坐标、控制网中WGS84和高程的公共点进行合理的选择，然后求出转换参数，做好RTK 动态测量的准备。在选择参数时应注意：1）控制点均匀分布；2）选择3个以上的点来提高精度，求解转换参数时采用最小二乘法。
　　（5）选定基准站。在选定基准时，既要满足观察条件，同时又要设置在地势高的地方，这样有利于电台的发射。可以将基准站设置在WGS84坐标已知点和地方网格坐标上，也可以设置在未知点上。
　　（6）准备内业数据。通过一体化程序完成内外业的所有计算。输入线路的起点坐标、加直线的长度以及方位角，通过程序计算出待放样的坐标，每50m 一个点，同时地形的突变处增加一个点。导出放样点坐标，以DATA 文件保存，然后把文件导入外业的电脑上，以此来在外业工作。
　　（7）外业工作。在基准点上放置接收机，然后设置系统、无线电以及天线的输入。首先设置流动站接收机的系统，输入转换参数，然后对流动站进行初始化工作。由于一般的大地水准模型和坐标系统没有包括当地偏差，为了减少这些偏差，需要利用点校正的方法得到更加精准的当地网络坐标，并且要保证工作区域在校正点以内。
　　4.RTK 技术的应用
　　RTK 技术是GPS技术发展中的一个新的突破，其全称是实时动态定位技术。该技术的原理是将GPS接收机安置在高精度的控制点上，然后对全部可见卫星实施连续观测，把观测到的数据利用发射台实时传送给流动的观测站，最后采用相对定位的原理，通过电子手簿实时得到流动站的测量精度及三维坐标。RTK 技术在公路勘测设计中可用于公路中线测量、地形图的测绘等，然后把数据导入计算机，通过CAD进行计算和绘图。
　　4.1绘制地形图
　　在用传统方法进行测图时，首先要选取控制点，接着是碎部测量，绘制出的地形图需是大比例尺。这种传统的方法工作量十分大，并且耗时长，速度慢，不利于工程测量的进行。RTK技术完美地克服了这些缺点，只要在线路上每一个碎部点上将机器停留1～2min，便能得到该点的坐标和高程。将所有数据导入计算机中，通过软件分析，即可绘制出图形，省时省力，可大大提高绘图的效率。
　　5.结语
　　GPS测量技术在公路测量中的应用，极大地提高了作业效率，尤其是GPS-RTK 技术在线路工程测量中的应用，改变了传统的作业模式。因此，GPS测量技术尤其是RTK 技术在工程测量领域会有较好的应用前景。
　　参考文献：
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