GPS定位技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用

2017-01-17 15:08:41

中州建設(shè) 2017年19期

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州 450064）

隨著“一帶一路”國家戰(zhàn)略的提出，我國西北部偏遠(yuǎn)地區(qū)的原有公路網(wǎng)已無法滿足發(fā)展需要，由于地勢(shì)復(fù)雜，氣候惡劣，各種高等級(jí)公路修建過程中對(duì)測(cè)量的精度要求也更高。但公路工程項(xiàng)目一般都比較狹長，沿線已有的測(cè)量控制點(diǎn)也很少，如果用常規(guī)的測(cè)量方法進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)，不僅耗時(shí)耗力，而且精度很難保證。隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展，它在公路建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。由于施測(cè)過程不受天氣和通視條件的影響，而且測(cè)量精度高、作業(yè)時(shí)間短，在公路工程建設(shè)中能夠極大地提高工作效率。目前，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種等級(jí)的公路工程測(cè)量中。

1 GPS概述

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由美國國防部為了軍事需要建立的。從上世紀(jì)70年代開始研制，耗資近300 億美元，于1994年全面建成的，可以全天候地為用戶提供三維坐標(biāo)和時(shí)間信息，主要由空間星座、地面監(jiān)控和用戶設(shè)備三部分組成。它的工作原理是采用空間分布的衛(wèi)星與地面接收機(jī)的距離交會(huì)得出地面點(diǎn)的位置坐標(biāo)，通過GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收了四顆以上的衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)計(jì)算、處理可得到該時(shí)刻接收機(jī)的三維坐標(biāo)。在測(cè)量測(cè)繪領(lǐng)域，GPS定位裝置引起體積小、重量輕而便于攜帶且技術(shù)指標(biāo)精度高，已經(jīng)為測(cè)量工程帶來了極大的便利。

2 GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)

GPS可以提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)實(shí)時(shí)的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間信息。它的主要特點(diǎn)如下：

（1）功能多、用途廣。GPS不僅可以測(cè)量、導(dǎo)航、測(cè)速、測(cè)時(shí)。所以可以廣泛地應(yīng)用于測(cè)量、交通、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、氣象等方面。

（2）測(cè)站間無需保持通視。GPS在工作時(shí)，基準(zhǔn)站和待測(cè)點(diǎn)之間無需保持通視，因此控制網(wǎng)在布設(shè)時(shí)更為靈活，相鄰測(cè)站之間的距離也可更遠(yuǎn)，覆蓋測(cè)區(qū)面積更大。

（3）定位精度高。一般的雙頻GPS接收機(jī)基線精度能達(dá)到5+1ppm，隨著距離的增長，它的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

（4）全天候觀測(cè)。GPS 測(cè)量不受氣候條件的限制，可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行測(cè)量。

（5）操作簡便。GPS 接收機(jī)的數(shù)據(jù)采集工作可以自動(dòng)進(jìn)行，只要配備相應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，用戶只需要進(jìn)行安裝并開關(guān)儀器，其他觀測(cè)及記錄工作均有接收機(jī)自動(dòng)完成。

（6）實(shí)時(shí)定位。運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，可以實(shí)時(shí)測(cè)定運(yùn)動(dòng)載體的三維坐標(biāo)和速度，可實(shí)時(shí)確保運(yùn)動(dòng)載體沿著設(shè)計(jì)的路線運(yùn)行。

（7）提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確確定測(cè)站平面坐標(biāo)的同時(shí)，亦可以提供測(cè)站的大地高程。

3 公路測(cè)量中常規(guī)測(cè)量手段的缺陷

公路線路一般比較長，一個(gè)標(biāo)段一般都有幾十公里。涉及的區(qū)域比較廣，地形比較復(fù)雜，地面測(cè)量難度也比較大，給公路的測(cè)量人員帶來了極大的不便，不僅精確度不高，而且需耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，成本控制比較難。具體來說，主要包括以下方面：

（1）等級(jí)公路對(duì)導(dǎo)線的要求非常高，無論布設(shè)各種等級(jí)的附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線，都要求測(cè)區(qū)有足夠數(shù)量的高等級(jí)控制點(diǎn)，但是由于保護(hù)不力，很多控制點(diǎn)都遭到了破壞，需要測(cè)量人員重新埋設(shè)標(biāo)石進(jìn)行控制測(cè)量，而常規(guī)儀器要求點(diǎn)位之間通視，工作量大大增加，精度和效率大大降低。

（2）公路的長度比較長，涉及到的區(qū)域地形復(fù)雜，包括山地、平原、丘陵，并可能會(huì)遇到各種橋梁、隧道，不利于開展常規(guī)測(cè)量。

（3）施工中，由于工地現(xiàn)場情況復(fù)雜，施工材料和各類大型機(jī)械較多，對(duì)測(cè)量的影響比較大，誤差大的時(shí)候需要返工重測(cè)，對(duì)整個(gè)建設(shè)工期造成很大的影響。

4 GPS在公路建設(shè)中的具體應(yīng)用

傳統(tǒng)的公路建設(shè)中的測(cè)量工作在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營管理階段都有涉及，主要工作任務(wù)包括項(xiàng)測(cè)繪地形圖、中線測(cè)量、縱橫斷面測(cè)量、施工放樣、變形觀測(cè)等，GPS系統(tǒng)都發(fā)揮著極其重要的作用。

（1）測(cè)繪地形圖。公路工程在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段主要工作內(nèi)容就是測(cè)繪帶狀地形圖。傳統(tǒng)方式先要布設(shè)控制網(wǎng)，然后利用全站儀進(jìn)行碎步測(cè)量，最后通過軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后，繪制出大比例尺地形圖，這種方法工作量大、速度慢、效率低。而GPS技術(shù)可以先通過靜態(tài)測(cè)量在公路沿線建立控制網(wǎng)，進(jìn)行高精度的控制測(cè)量；然后使用RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量進(jìn)行碎部點(diǎn)的測(cè)量，通過專門的繪圖處理軟件，結(jié)合點(diǎn)的編碼屬性信息可以進(jìn)行自動(dòng)成圖。如果利用航空攝影測(cè)量再輔助GPS進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，工作效率會(huì)更高。

（2）中線測(cè)量。設(shè)計(jì)人員在上述的大比例尺帶狀地形圖上定線，需要測(cè)繪人員將道路中線在實(shí)地標(biāo)定出來。常規(guī)方法需要使用全站儀逐點(diǎn)進(jìn)行，由于要求控制點(diǎn)與放樣點(diǎn)之間通視，工作效率極低。而使用GPS，只需根據(jù)使用軟件將中線坐標(biāo)提取出來形成文件，然后導(dǎo)入至GPS接收機(jī)，接著進(jìn)行中線放樣，該過程高程度自動(dòng)化，不僅減少了人工操作的手工輸入錯(cuò)誤，而且由于每個(gè)點(diǎn)都是獨(dú)立完成，不會(huì)產(chǎn)生誤差累計(jì)，各放樣點(diǎn)的精度很均勻。

（3）縱橫斷面測(cè)量。公路中線確定之后，利用中線樁點(diǎn)坐標(biāo)，通過繪圖軟件，即可繪制路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。首先可以將道路的中線數(shù)據(jù)輸入GPS手簿中，同時(shí)在手簿中繪制道路的路線走向、起終點(diǎn)坐標(biāo)等，GPS系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成路線文件，測(cè)量員外出測(cè)量時(shí)，手簿上就會(huì)自動(dòng)引導(dǎo)向起點(diǎn)位置移動(dòng)，根據(jù)手簿的提示，在合理的地方敷設(shè)中樁，同時(shí)根據(jù)軟件還可以在施工中隨時(shí)加密中樁點(diǎn)，并同時(shí)對(duì)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以很方便地繪制斷面，極大地提高了工作效率。

（4）施工放樣。在道路工程施工階段，涉及到管線開挖、檢查井砌筑、土方工程、照明工程、綠化工程等，無論哪個(gè)方面都離不開測(cè)量工作。使用傳統(tǒng)手段，控制點(diǎn)需要布設(shè)在現(xiàn)場或者引測(cè)，施工現(xiàn)場的堆料和大型機(jī)械都可能影響控制點(diǎn)的保護(hù)，精度都會(huì)大大降低，而使用GPS則無需考慮這些，就可以得到高精度的放樣結(jié)果；而在高程測(cè)量方面，GPS可以同時(shí)提供三維坐標(biāo)，特別是在邊坡開挖的時(shí)候，可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果平面位置和高程同時(shí)進(jìn)行放樣，很容易指導(dǎo)施工的安全有序進(jìn)行。

（5）變形觀測(cè)。公路工程中通常涉及到橋梁和隧道，這些工程即使在工程竣工后也需要進(jìn)行測(cè)量，用以確保工程的運(yùn)營安全。GPS具有實(shí)時(shí)測(cè)量的功能，使用專業(yè)軟件能夠?qū)崟r(shí)傳輸并處理，能夠?yàn)榧夹g(shù)人員提供實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段更快捷，為調(diào)整方案、采取措施提供了寶貴的時(shí)間，節(jié)約更多的資源，提高社會(huì)效益。

5 結(jié)語

本文通過分析GPS在測(cè)量工程中的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合傳統(tǒng)測(cè)量在公路工程中的缺陷，提出GPS在公路工程中的具體實(shí)施策略以及相應(yīng)技術(shù)，說明該技術(shù)在公路工程的應(yīng)用前景廣闊，可值得為同類工程所推廣應(yīng)用。但GPS自身也有缺點(diǎn)，如抗電磁干擾能力弱，接收機(jī)周邊環(huán)境可能會(huì)造成多路徑誤差，設(shè)備的成本較高等，這些都要求我們?cè)趯?shí)際工作過程中合理地使用各種現(xiàn)代化的測(cè)量工具，最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

[1]楊勝平. 工程測(cè)量在公路施工質(zhì)量管理中的重要作用[J]. 交通世界，2017，（28）.

[2]邸躍峰. GPS技術(shù)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用探討[J]. 科技視界，2015，（4）.