GPS测量在道路工程中的应用

【摘 要】随着我国交通事业不断发展,公路建设工程项目日益增多,由于构造物多、线路长以及测量、施工要求质量高、时间紧等条件限制,传统的测量方式已不能满足新要求,为此,布设灵活、不受地形通视条件限制的控制测量方法GPS系统应运而生.GPS测量系统具有高精度、快速度、低费用等优越性,在公路建设中得到广泛的应用.本文就GPS工作原理及其在道路工程中的应用进行了阐述.

【关 键 词】GPS技术；工作原理；公路测量

1GPS系统组成以及工作原理分析

GPS系统基本上已经取代常规光学电子仪器,是全新的、现代定位系统,它与计算机技术和现代通讯相结合,采用距离交会法的卫星导航定位系统,在需要的位置P点架设GPS接收机,在某一时刻同时接收了3颗以上的GPS卫星所发出的导航电文,然后通过一系列数据处理和计算可得出GPS接收机至GPS卫星的距离.GPS测定三维坐标的方法将测量定位技术扩展到海洋和外层空间,同时从点扩展到面,从静态扩展到动态,精度达到毫米级,在地球物理学、气象、海洋、交通等领域获得了广泛运用,大大拓宽了使用范围.在GPS测量中通常采用两类坐标系统,一类是在空间固定的坐标系统,另一类是与地球体相固联的坐标系统,称地固坐标系统,我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统.

2GPS测量技术的优缺点

2.1GPS测量的优点

首先,采用GPS技术测设方格网,比常规方法适应性更强,网形构造简单,点的疏密和边的长短可灵活选取,即使离已知控制点较远也可以连接,并进行控制网的定位和定向.另外,它解决了点位之间无法通视的困难,选点灵活,不需要高标同时还可以保证外业施测不受天气影响.测设大型方格网和通视条件特别困难时,尤其能够显示其优越性.

其次,GPS方格网点位、精度高,不仅能够满足道路工程施工规范的要求,而且具有很高的精度储备；再者,采用点位中误差比用相对中误差表示精度指标更为合理,作为方格网测量精度指标是可行的.

再次,用GPS方法布设道路工程控制网,因其图形强度系数高,能够有效地提高点位趋近速度,道路网形优化非常方便；采用GPS-RTK测设建筑方格网,一个参考站可有多台流动站作业,单人即可独立作业,与常规测量法相比,效率可提高一倍多,降低了劳动强度.

2.2GPS技术的不足

首先,GPS系统精确定位的关键就在于准确计算接收机和卫星之间距离,由于GPS系统只能对其进行平均计算,在某些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于障碍物对信号的影响,会导致信号的按曲线传播,计算时也会产生一定的误差.大量的道路工程实例证明,虽然GPS高程测量能够达到一定的精度,但用GPS施测的道路工程测量控制点,需要进一步用常规仪器进行水准联测.

其次,GPS测量中所选择的控制点位置不同,将直接影响到观测点位的精度.由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标的,任何可能影响信号接收的因素出现干扰时,所测定的点位坐标都可能产生误差；GPS测量在老城区的建设中,不能显示出优越性.

再次,GPS及其相关技术是一门新兴起的技术,其运用的标准还不够规范,目前我国还没有颁布统一的地理信息标准,导航产品生产商大多使用自己开发生产的电子地图,这些电子地图一般不能相互兼容.另外,产品市场没有形成标准,特别是软件产品没有形成统一的规范,这还待有关部门进一步研究制定.

3GPS测量在道路工程中的应用

道路工程中的测量主要应用了GPS的静态和动态两大功能,静态功能是通过接收到的卫星信息,确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统,把已知的三维坐标点位实地放样到地面上.

3.1GPS系统可以绘制大比例尺地形图

高等级公路选线多数是在大比例尺的带状地形图上进行,如果用传统方法测图,首先要建立控制点,然后进行碎部测量,最后才能绘制出大比例尺地形图.然而,这种传统的方法工作量大、速度慢,而且费时长.如果应用实时GPS动态测量则可以克服这个缺点,因为GPS测量只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟,就可获得各点的坐标和高程,得到快捷、精确的结果,由于只需采集碎部点的坐标和属性信息,大大降低了测图难度,既省时又省力,是一种非常实用方法.

3.2GPS系统可以进行道路横纵断放样和土石方量计算

利用GPS系统可以进行道路的横纵断放样,当纵断放样时,把需要放样的数据输入到电子手簿中,生成一个施工测设放样点文件,把文件储存起来,这样到现场可以随时放样测设；进行横断放样时,则要先确定出横断面形式,把横断面的设计数据输入电子手簿中,生成一个施工测设放样点文件,储存起来,并随时可以到现场放样测设.通过绘图软件,可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图.同时,系统软件也可以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.GPS系统所用数据都是测绘地形图时所采集的,不需要到现场进行测量,大大减少了工作量,所以动态GPS与传统方法相比,既经济又实用.

3.3GPS系统可以进行道路中线放样

采用实时GPS测量,只需要将中桩桩号输入到GPS电子手簿中,系统软件就会自动定出放样点的坐标及点位,每个点的测量是独立的,不会产生累计误差,各点放样精度趋于一致,这对于道路工程来说是非常重要的.道路路线主要是由直线、曲线和圆曲线等构成,在利用GPS进行放样时,只需先输入各主控点桩号,然后输入起终点的方位角、直线距离、曲线距离、圆曲线半径等相关数据,即可完成放样,而且一切工作均由GPS电子手簿来完成.这种方法与传统方法相比较,简便实用.

随着道路工程建设的迅速发展,对勘测技术则提出了更高的要求,由于道路线路长,已知点少,用常规测量手段不仅布网困难,而且难以满足高精度的要求,GPS在公路测量中比传统仪器更具有优势.目前,国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网,如沪宁、沪杭高速公路的上海段就是利用GPS建立了首级控制网,然后用常规方法布设导线加密.实践证明,在几十千米范围内的点位误差只有2cm左右,达到了常规方法难以实现的精度,同时也大大缩短了工期.GPS技术在公路测量中具有广泛的应用前景,由于GPS测量无需通视,减少了常规方法的中间环节,速度快、精度高,具有很高的经济效益和社会效益.

4结论

目前,空间信息数据是政府部门进行决策和制定行业发展规划的重要依据,是网络高速公路上的主流内容之一.利用GPS系统进行道路工程数据整理及更新,具有及时、高效、高精度、不受恶劣环境气候影响等优势,GPS作为一种便捷的科学工具将在道路工程建设领域发挥越来越重要的作用.