基于GPS融入公路测量工程中实践的探析
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摘要：近几年来，随着国民经济建设的发展与需要，各等级公路建设工程日益增多，在中国高等级公路测量领域中，GPS技术测量人员少、观测精度高、工作时间短、无须通视等优点给高等级公路测量作业带来了很多便利。文章结合工作实践，根据GPS在当前国内融入的局势，在前人总结的基础与国内测量规范的前提下，简述了 GPS系统特点，探析了融入公路测量工程中一些方法，可供广大同行作为参考。
关键词：GPS； 优势；公路工程测量；分析；应用
0前言
高速公路建设提出更新更高的要求，无论是公路的新建还是改建,测量工作必须先行,对如何快速、准确、科学地进行施工测量,就显得更为重要。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受通视和作业条件的限制，作业强度大。且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造。在目前的技术条件[1][2]下引入GPS技术应当是首选。用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量。为勘测设计阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据；在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段，其实，公路测量的技术潜力蕴于RTK(实时动态定位)技术的应用之中。GPS技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。
1 GPS系统与应用中的技术特点
在灵活引用GPS相关规范的前提下，结合工作实践，与常规测量方法相比，GPS有着以下六个方面的优势：
1.1 GPS测量解决测站间通视
测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS测量工作时间短、无须通视，使得在测量工程中选点更加灵活方便，当然这也要要求测站上空必须开阔．以使接收GPS卫星信号不受干扰；
1.2 定位精度高
一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+lppm， 而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出．大量实验证明，在小于50km的基线上．其相对定位精度可达12 10-6，而在100km～500km的基线上可达10-6～10-7；
1.3 观测时间短
在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min的观测时间即可；
1.4提供三维坐标
GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程;
1.5操作简便
GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其他观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成：
1.6 全天候作业
GPS观测可在任何地点、任何时间连续地进行。一般不受天气状况的影响。
2GPS RTK测量过程中的优点
在公路勘测工种中，相对于GPS静态测量方法，GPS RTK能实时动态平面位置定位精度可达到厘米级测量成果，彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率；工程测量中，每个放样点只需要停留1s一2s，采用流动站小组作业，每小组(3～4人)每天可完成中线测量5km～10km，若用其进行地形测量，每小组每天可以完成0.8km2-1.5 km2 的地形图测绘。其精度和效率是常规测量所无法比拟的；在中线放样的同时可完成中平测量，可以涵盖公路测量(包括平、纵、横)、施工放样、监理、竣工测量、GIS前端数据采集等诸多方面； 在辅助相应的软件方面，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
3GPS融入公路测量工程中实践
3.1基于GPS的公路控制测量应用
在公路测量工程中最早引入GPS技术的是在公路控制测量方面的应用。公路控制方面的测量对路线勘测提出了更多的要求，主要是由于线路长且已知点少，用常规手段不仅布网困难而且难以满足高精度的要求。目前国内已逐步采用GPS技术建立线路高精度控制网。借鉴GPS技术优点，我单位在娄底至衡阳(归阳)高速公路某段工程、沪昆高速公路潭市某段工程，测量中都已经得到广泛应用。在该项工程测量中，GPS技术首先通过用常规测量建立了高精度的边角网，然后利用GPS技术对该网进行检测，GPS检测网可以达到毫米级精度，与常规测量的结果符合较好，取得了较好的效果。在公路控制测量中通常采用静态相对定位GPS技术，即采用至少有两台GPS接收机同时观测，随后对处理后的数据分析，精确获得两点的三维坐标差，根据其中一点的坐标推算出另一点的坐标。静态相对定位精度相当高，已经被广泛应用于大地测量、形变监测等高精度测量领域。
3.2 基于GPS的公路测设测量应用
与公路控制测量不同，公路测设测量的要求精度较低、实时性较高。目前为止，随着GPS动态定位技术的发展，GPS也在公路测设测量中发挥着重要作用。在公路测设测量中通常采用了定位技术，可用于中线测设、构造物放样等，可以达到厘米级的测量精度。RTK技术可与普通的全站测量仪相配合，依据GPS的无需通视原理以及一般全站仪灵活方便的特点，把两者相结合，可满足公路工程各种场合测量工作的需要，并极大地加快观测速度，提高观测质量，形成新的线路勘测系统。RTK与常规全站仪相结合的应用是公路测设测量技术发展的一个重要方向[3]。
3.3 GPS静态测量与GPS RTK测量在公路中的应用
3.3.1 GPS在公路工程中的应用
GPS在公路工程中的应用主要有：
a) GPS作业有着极高的精度，它的作业不受环境和距离的限制．非常适用于地形条件困难地区、局部重点工程地区等；
b) GPS测量可以大大提高工作及成果质量．它不受人为因素的影响，整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制。自动记录、自动数据预处理、自动平差计算：
C) GPS测量可以极大地降低劳动作业强度。减少野外砍伐工作量，提高作业效率，一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上：
d) GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域， 特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下。往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。
3.4 GPS RTK技术应用
GPS RTK在现代公路工程中主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密、中线放样、纵断面测量等方面[4][5]。由于其定位精度可达厘米级．因此能够用于线路控制网的加密。GPS测量包含有三维信息，可用于数字地面模型的数据采集、中线放样以及纵断面测量。在中线平面位置放样的同时．可获得纵断面数据，但在中线放样中需实时把基准站的数据由数据链传到流动站，从而提供流动站的实时位置。
3.4.1 大比例尺地形图测绘
高等级公路选线多是在大比例尺(1:1000或1:2000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺的地形图。这种方法工作量大、速度慢、花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这些缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟， 即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息．构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息．而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力。
3.4.2 公路选线与中线放样
在公路选线过程中．工程人员往往要按照勘测设计规范，本着尽量减少占用农田、少拆迁房屋并尽量利用旧路路基这样的原则。为准确设计好道路中线[6]，使其符合设计要求，可以利用GPSRTK技术．用车载GPS RTK接受机做流动站，沿原路中线按一定间隔采集数据．选择另一已知点为参考站，遇到重要地物．准确定位，最后将数据传人计算机，利用AutoCAD软件就可以方便地在计算机上选线。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后。需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差．各点放样精度趋于一致。道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，只要先输入各主控点桩号(ZH、HY、QZ、YH、HZ)。然后输入起终点的方位角、直线段距离、缓和曲线长度、圆曲线半径，就可以轻松放样．而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用． 比起传统的极坐标法要快得多。另外，如果需在各直线段和曲线段间加桩，只要输入加桩点的桩号就可由GPS来完成。
3.4.3 道路的纵、横断面放样
纵断面放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件．并储存起来，随时可以到现场放样测设。横断面放样时．先确定出横断面的型式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件加以储存．并随时可以到现场放样测设。同时可通过软件自动与地面线衔接进行“戴帽”工作。并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件。可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检测复核．这与传统方法相比，既经济又实用，前景广阔。
4 总结
采用GPS进行公路测量．精度高、不受作业区地形条件限制、全天候作业、所需人员较少、数据传递准确迅速。随着GPS技术的发展，GPS会越来越多地出现在人们的生活当中，在测量工作生产过程中，使用RTK―GPS进行平面定位较之使用常规方法放样简单、方便、可靠和快捷，为公路勘测提供更准确、更详细的资料。特别是实时动态(RTK)定位技术．在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。
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