GPS技術(shù)在公路平面控制測(cè)量方面的研究設(shè)計(jì)論文

GPS技術(shù)在公路平面控制測(cè)量方面的研究摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，GPS因?yàn)榫哂腥旌颉⒏呔取⑺俣瓤斓蕊@著特點(diǎn),在建筑、交通運(yùn)輸?shù)仍S多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要分析GPS在公路平面控制測(cè)量中的應(yīng)用以及其優(yōu)缺點(diǎn)還有精度問(wèn)題。關(guān)鍵詞：GPS，公路，控制測(cè)量，精度1GPS在公路控制測(cè)量中的發(fā)展過(guò)程在公路工程中首先引入GPS的是公路控制測(cè)量，公路控制測(cè)量是路線勘測(cè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),隨著高等級(jí)道路的興建,對(duì)路線勘測(cè)提出了更高的要求,由于線路長(zhǎng)且己知點(diǎn)少,因此,用常規(guī)手段不僅布網(wǎng)困難而且難以滿足高精度的要求,而GPS高精度的特點(diǎn)正好可以滿足這一要求。從20世紀(jì)90年代中期,許多公路工程部門(mén)開(kāi)始了GPS定位技術(shù)在公路控制測(cè)量中的應(yīng)用和研究。如應(yīng)用GPS進(jìn)行了控制測(cè)量的技術(shù)并在新疆烏奎高等級(jí)公路、江蘇徐連高速公路、江蘇寧通公路、云南元磨公路進(jìn)行了有益的實(shí)踐。。廣東長(zhǎng)大公路工程有限公司開(kāi)展了GPS水準(zhǔn)測(cè)量在高程控制測(cè)量中的應(yīng)用研究。目前國(guó)內(nèi)己逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級(jí)高精度控制網(wǎng),如在滬寧高速公路,青銀高速公路,廣惠高速公路等公路控制測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。在公路控制測(cè)量中通常采用靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù),也就是至少有兩臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)觀測(cè),經(jīng)處理后可以精確獲得兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)差,根據(jù)其中一點(diǎn)的坐標(biāo)可推算出另一點(diǎn)的坐標(biāo)。由于靜態(tài)相對(duì)定位精度高,因此廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、形變監(jiān)測(cè)等高精度測(cè)量領(lǐng)域。同樣靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)將在相當(dāng)廣泛的范圍內(nèi)逐步地取代以往的常規(guī)測(cè)量方法廣泛應(yīng)用于公路控制測(cè)量中,如用于建立路線精密控制網(wǎng)、橋隧精密控制網(wǎng)等。隨著應(yīng)用理論研究的深入以及作業(yè)規(guī)范的建立和完善,靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)將會(huì)更好的為公路工程中的控制測(cè)量服務(wù)。2GPS控制測(cè)量GPS控制測(cè)量工作與經(jīng)典大地測(cè)量工作相類似,按其性質(zhì)可分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大部分。其中:外業(yè)工作主要包括選點(diǎn)(即觀測(cè)站址的選擇)、建立觀測(cè)標(biāo)志、野外觀測(cè)作業(yè)以及成果質(zhì)量檢核等;內(nèi)業(yè)工作主要包括GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)、測(cè)后數(shù)據(jù)處理以及技術(shù)總結(jié)等。如果按照GPS測(cè)量實(shí)施的工作程序,則大體可分為這樣幾個(gè)階段:技術(shù)設(shè)計(jì);選點(diǎn)與建立標(biāo)志;外業(yè)觀測(cè);成果檢核與處理。2.1作業(yè)方法采用兩臺(tái)(或兩臺(tái)以上)接收機(jī),分別安置在一條(或數(shù)條)基線的端點(diǎn),根據(jù)基線長(zhǎng)度和要求的精度,按GPS測(cè)量系統(tǒng)外業(yè)的要求同步觀測(cè)四顆以上的衛(wèi)星數(shù)時(shí)段,時(shí)段長(zhǎng)度根據(jù)測(cè)量等級(jí)確定。定位精度?；€測(cè)量的精度可達(dá)±(5mm＋1ppm×D),D為基線長(zhǎng)度,以公里計(jì)。2.2作業(yè)要求采取這種作業(yè)模式所觀測(cè)的獨(dú)立基線邊,應(yīng)構(gòu)成閉合圖形(如三角形、多邊形),以利于觀測(cè)成果的檢核,增強(qiáng)網(wǎng)的強(qiáng)度,提高成果的可靠性和精確性。2.3適用范圍建立國(guó)家大地控制網(wǎng)(二等或二等以下);建立精密工程控制網(wǎng),如橋梁測(cè)量、隧道測(cè)量等;建立各種加密控制網(wǎng),如城市測(cè)量、工程點(diǎn)測(cè)量、道路測(cè)量、勘界測(cè)量等;觀測(cè)中至少跟蹤四顆衛(wèi)星,同時(shí)基線邊一般不要超過(guò)15km;注意事項(xiàng):所有已觀測(cè)基線應(yīng)組成一系列封閉圖形,已利于外業(yè)檢核,提高成果可靠度。GPS測(cè)量是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、要求嚴(yán)格、耗費(fèi)較大的工作,對(duì)這項(xiàng)工作總的原則是,在滿足用戶要求的情況下,盡可能地減少經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、和人力的消耗。因此,對(duì)其各階段的工作都要精心設(shè)計(jì)和實(shí)施。然后用多臺(tái)GPS接收機(jī)組成GPS網(wǎng)，每時(shí)段觀測(cè)均量取天線高兩次,其互差不超過(guò)3mm,取平均值作為最后天線高。2.4數(shù)據(jù)后處理GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)編輯輸入相關(guān)點(diǎn)位信息后,采用接收機(jī)配備的商用軟件Ashtechsolutions2.5進(jìn)行基線解算,保證每一條基線都求出整周模糊度。重復(fù)基線較差和非同步環(huán)閉合差的檢核仍按外業(yè)基線檢核時(shí)的要求進(jìn)行。2.5網(wǎng)平差對(duì)整網(wǎng)進(jìn)行無(wú)約束平差并檢核GPS網(wǎng)的觀測(cè)質(zhì)量。以所有獨(dú)立基線組成閉合圖形,以三維基線向量及相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息,以網(wǎng)一點(diǎn)的WGS-84系三維坐標(biāo)作為起算依據(jù),進(jìn)行全網(wǎng)無(wú)約束平差。對(duì)整網(wǎng)進(jìn)行二維約束平差。最后進(jìn)行精度評(píng)定。3GPS控制網(wǎng)布設(shè)的優(yōu)點(diǎn)基于GPS控制網(wǎng)布設(shè)的優(yōu)點(diǎn)在傳統(tǒng)的辦法中,建立施工控制網(wǎng)通常采用三角測(cè)量方法,近幾年來(lái)又采用精密導(dǎo)線法。但是,這些常規(guī)方法受到通視條件、圖形條件、地形條件等諸多因素的影響。所以,控制網(wǎng)在選點(diǎn)布網(wǎng)及觀測(cè)等諸多過(guò)程中受到限制。GPS建立控制網(wǎng)時(shí),由于GPS觀測(cè)不受通視條件限制其網(wǎng)形也不像常規(guī)控制網(wǎng)那么嚴(yán)格,故在公路測(cè)量中采用衛(wèi)星測(cè)量是一種有效的辦法。GPS在測(cè)量中的應(yīng)用,有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)觀測(cè)站之間不需要通視。這就減少了測(cè)量工作中的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間問(wèn)題,同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得十分靈活。(2)定位精度高。在小于50km的基線上,其相對(duì)精度可以達(dá)到1PPm～2PPm,隨著基線的加長(zhǎng),其定位相對(duì)精度就越高。這樣的精度是一般測(cè)量手段很難達(dá)到的。(3)觀測(cè)時(shí)間短。目前,利用經(jīng)典的靜態(tài)定位方法,完成一條基線的相對(duì)定位所需要的觀測(cè)時(shí)間,根據(jù)要求的精度不同,一般為lh～3h。為了進(jìn)一步縮短觀測(cè)時(shí)間,提高作業(yè)速度,近年來(lái)發(fā)展的短基線(不超過(guò)20k間快速相對(duì)定位法,其觀測(cè)時(shí)間僅需數(shù)分鐘。(4)GPS觀測(cè)成果同時(shí)提供了三維坐標(biāo)，GPS在精確提供測(cè)站點(diǎn)的平面位置的同時(shí),可以精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的大地高程。這就為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和地面點(diǎn)的高程開(kāi)辟了新途徑。(5)GPS操作簡(jiǎn)便,重量輕,體積小。這就為經(jīng)典測(cè)量體系中觀測(cè)程序復(fù)雜、儀器笨重等不利條件提供了解決辦法,使得測(cè)量人員在很大程度上減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。(6)GPS能全天候作業(yè)。GPS在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間均可以連續(xù)觀測(cè),一般不受天氣條件限制。(7)可以避免常規(guī)測(cè)量中需要大量砍伐森林,破壞生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,交通工程建設(shè)發(fā)生著日新月異的變化。工程級(jí)別越高,用常規(guī)的測(cè)量技術(shù)已不能適應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn),而GPS具有以上的優(yōu)勢(shì),所以已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在公路、鐵路工程中。4GPS控制網(wǎng)的用途

建立公路GPS控制網(wǎng)后,共主要用途可體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)公路航測(cè)成圖時(shí)要有相應(yīng)的控制依據(jù),可用GPS控制網(wǎng)控制航向和區(qū)域?qū)挾?(2)在用其他方法測(cè)圖時(shí),GPS控制網(wǎng)可選用首級(jí)控制和圖根控制來(lái)應(yīng)用.(3)在公路勘測(cè)階段,可以GPS控制網(wǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行放線及構(gòu)造物的施放,可大大提高測(cè)設(shè)精度及原始數(shù)據(jù)的提取精度.(4)在施工階段,根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以GPS控制網(wǎng)進(jìn)行實(shí)地放線及構(gòu)造物的放樣.(5)在改造公路時(shí),利用GPS控制網(wǎng)可以對(duì)公路進(jìn)行有效的改造。將GPS應(yīng)用于交通道路的測(cè)量,可以充分發(fā)揮GPS全球性、全天候、高精度、三維定位等優(yōu)點(diǎn),快速實(shí)現(xiàn)交通道路的測(cè)量和相關(guān)數(shù)據(jù)采集。通過(guò)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明,采用差分GPS技術(shù)不僅可行,而且有著其它方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。5GPS在道路測(cè)量中應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題謝知恩、徐平良、蘭啟貴在《GPS技術(shù)運(yùn)用于公路測(cè)量時(shí)應(yīng)解決好的三個(gè)問(wèn)題》中基于作者多年的GPS數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)，提出了GPS應(yīng)用于長(zhǎng)距離公路測(cè)量時(shí)，在布網(wǎng)、基線解選用、投影補(bǔ)償面確立等三個(gè)過(guò)程中的一些問(wèn)題和解決方法。他提出對(duì)于一般的工程測(cè)量，GPS網(wǎng)的內(nèi)附合精度主要取決于其觀測(cè)精度（對(duì)中情況、觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短）和基線解算精度。GPS基線實(shí)際上是向量，同時(shí)具有邊長(zhǎng)、方位（不同于方位角）等信息。一條基線的質(zhì)量好壞，不會(huì)以水平（或垂直）夾角的形式去影響另一條相鄰的基線，這一點(diǎn)與常規(guī)測(cè)量不同。也正是這樣的不同，大大地提高了GPS網(wǎng)的精度。GPS基線解要么不合格，一旦合格，所組成的網(wǎng)的精度就會(huì)非常的好。所以，常規(guī)測(cè)量中強(qiáng)調(diào)的網(wǎng)形，多余觀測(cè)值等，就顯得沒(méi)有太大的必要了。6結(jié)語(yǔ)隨著城市建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大,今后遇到高速公路拓寬改建的項(xiàng)目會(huì)越來(lái)越多,在保證工程進(jìn)度及精度要求下,如何將GPS技術(shù)在大型工程施工控制中靈活運(yùn)用是一個(gè)只得探討的課題。通過(guò)本工程的實(shí)踐筆者得到如下一些體會(huì)。GPS觀測(cè)受到各種外界因素的影響,有可能產(chǎn)生粗差和各種隨機(jī)誤差,為了對(duì)GPS觀測(cè)成果進(jìn)行質(zhì)量檢查,保證成果的可靠并恰當(dāng)?shù)卦u(píng)定精度,就要求由非同步獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合環(huán)或符合線路。作業(yè)時(shí)不應(yīng)將非獨(dú)立邊作為獨(dú)立觀測(cè)邊處理,更不能將同步閉合環(huán)當(dāng)作非同步閉合環(huán)。參考文獻(xiàn)[1]劉基余,李征航,王躍虎,等.全球定位系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社,1992.[2]中華人民共和國(guó)交通部,公路勘測(cè)規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,1999.[3]周忠漠,易杰軍,周琪.GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社,1995.[4]張雨化.公路勘測(cè)設(shè)計(jì)[M].武漢:人民交通出版社,1986.[5]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范.1992[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).工程測(cè)量規(guī)范,1993[7]王廣運(yùn).GPS精密測(cè)地系統(tǒng)原理.測(cè)繪出版社,1988[8]熊建明.GPS短邊方位測(cè)量的精度分析[J].測(cè)繪通報(bào),2000,(11):18～20[9]楊建軍.GPS解算點(diǎn)滴[J].測(cè)繪通報(bào),1997,(1):18～20[10]CJJ73-1997,全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程[S].[11]CH2001-92,全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].[12劉永昶,牛仁義.ＲＴＫ圖根控制測(cè)量及其精度檢驗(yàn)[J].測(cè)繪通報(bào),2002,24(4):45-50.[13]RTK技術(shù)如何應(yīng)用[EB/OL],測(cè)繪世界網(wǎng)站.2002