基于GPS技术在公路工程测量中应用研究

基于 GPS技术在公路 工程测量中应用研究

黄海洧 1 李文沛 2

1, 安徽通达利交通建设管理有限公司 , 安徽省 , 亳州市 ,236800 2, 亳州交通投资控股集团有限公司 , 安徽省 , 亳州市 ,236800

摘要：GPS定位系统的研究起源于美国，主要应用于军事研究，而后新一代的定位系统建成，功能更加全面，主要涉及的领域是地形图的测量。GPS定位系统是基于无线传输系统，借助卫星导航仪开展的地形图测量工作，其在应用过程中具有速度快、自动化能力、地理测量坐标准确等特点，因此其在各个领域中得到应用。本研究主要以其在公路工程大比例尺地形图测量中的应用进行分析，结合案例分析法，阐述GPS定位系统的工作原理，同时对其控制网主要技术参数要求进行分析，以期为相关领域提供理论参考。

关键词：GPS技术；公路工程；测量；应用

1 GPS系统定位原理及测量特点分析

1.1 GPS系统定位原理

根据距离交回定点原理，实现GPS定位系统的标准化应用，依据三颗及以上的卫星系统，对位于待测点附近的GPS接受系统天线提供信号的传输，通过实际传输的数据，计算得到待测点距离卫星的距离，同时通过公式（1）可计算出三颗卫星的三维坐标(X,Y,Z）。

GPS系统是将人造卫星作为参考依据点，根据待检测点的位置，运用数学几何思维，通过GPS实际定位测量计算出待测点距离整个人造卫星间的距离，从而实现几何学上的三角测评。

1.2 GPS系统测量特点分析

根据实践及系统使用经验分析看，GPS系统测量主要具有以下4个特点。

1）测量精度高。与常规测量相比，在基准线50km以下时，其测量精准度可以达到1×10-6，随着基准线的逐步增大，其定位精度逐步提升。

2）侧量基准站可远程对接。在测量过程中，不受到距离的限制，根据实际测量需要确定待测点，各测站之间无需通视，选点灵活方便。

3）观测时间较短。GPS测量过程中每站测量过程中的静态相对定位时间在20min，动态相对定位仅需几秒钟即可实现。

4）仪器操作简便，可进行全天候作业。GPS系统属于信息化、自动化系统设计，在使用过程中只需进行简单调试，保证数据网络的稳定性即可使用，对于开机后的参数进行标准化设定，以防数据测量精度不够；此外，GPS系统卫星分布均匀，由于可进行数据的自动检测，因此测量工作效率高，不受天气变化影响，可实现全天候检测作业。

2 GPS定位系统在大比例地形图测量中应用及技术实现

2.1 测量控制应用

导线测量随着GPS系统测量的出现而逐渐退出历史舞台，同时导线测量也已经不能满足大比例地形图测量的标准，因此GPS系统测量将逐步成为公路工程大比例尺地形图测量中主要应用技术。从GPS系统静态测量过程中具备的特点及优势分析看，GPS系统在作业的过程中无需通视，增加了测量工作开展的灵活性，通视可以有效的提升测量的精准度。对于静态的测量控制来说，后续的数据处理存在一定缺点，往往会由于测量控制过程难以把控，导致重复测量，使得数据精度缺失，因此在测量控制应用过程中，应保证定位结果的精度，力争测量成功率。

2.2 公路工程大比例尺地形图中像控点测量应用

像控点的测量与GPS测量技术之间是相辅相成的，且联系紧密，在应用过程中，应首先选择完成像控点的测量位置，通过架设控制点坐标，实现交会点处的全面测量。另外，由于在公路工程大比例尺地形图测量过程中存在不易测量的点，因此应紧密结合像控点测量的准确获取渠道，根据像控点测量的优势，及时分析对控制点的逐级测量标准化控制，能够根据像控点位置的确定，缩短作业周期，提升GPS系统测量的效率。

3 应用案例分析

选取某地区比例尺为1∶1000的地形图，首先进行首级控制点的布选，布设E级GPS控制网，其精度及误差控制在10mm以下，同时比例误差控制在20mm以下，都符合测量规范的要求。其次，对整个待测区域进行实地勘察，在E级测量控制网中，由3个待测点和2个已知点组成，且均以代号“GE”开头。以静态引入的方法，实现3个待测点的GPS测量，架设基站架，对以前的观察点进行数据校准，每次搬站的过程应符合规范要求。

数据测量观察过程中的准确度及其控制措施如下：为确保GPS数据测量及统计准确度，对于各项参数的限差进行规范化分析，卫星高度角在一级等级范围内应大于等于15，且二级同上。有效观测卫星数在一级设置为大于等于5，二级设置为大于等于5；平均重复设置站数和时段的长度，在等级一和等级二中相等，数据采集的时间段为10min以上，60min以下。观测的过程中应认真，且维持两次测量，确保数据测量的精度符合规范要求。在基线解算及使用GPS接收机测量的过程中应使用商用软件，测算得出GPS网相邻点弦长精度不超过9.0ppm，环线全长相对闭合差不能超过15.0ppm。

4 GPS测量定位技术精度、可靠度分析

4.1 控制点测量精度的验证分析

为了能够通过GPS有效额的实现测量点位的精度验证分析，以2级全站仪为主要导线技术研究实施设备，选取其中8个侧位点进行数据的测量及收集，针对测量同一位置下的已知控制点位，选择使用GPS-RTK测量技术，实现双基准站法的高效应用。在大比例尺地形图的测量环节中，可选择使用流动站系统，测量数据中观测时间少1min，要对地位坐标进行测量稳定性分析，针对控制点位的测量标准，实现测量数据的有效记录，记录过程中次数应少于4次，并取平均值，以实现坐标控制点的合理应用。针对不同种地形图测量方式。

从上述统计对比分析表中数据可看出，由于测量过程中的平面精度需求相对较高，且精度的测量要符合一级导线的实施要求，因此在高程精度的水准测量要求中，要基于双基准站的测量应用方法，以利于流程性的随机变化为主，对RTK的检测结果进行偶人性误差分析，以有利于消除对基准站中自身误差动态测量点的系统化影响，从而提升GPS RTK的动态测量点的精准性。双基准站法的应用过程中，依据对流层中的延迟效应，可通过GPS-RTK技术的随机变化性，大大提高GPS测量技术的应用精度。

4.2 碎步点测量精度分析

在碎步点测量技术应用中，测量精度要求与城市空旷区域卫星高度相关，测量方法应依据公路工程中构筑物的密集程度不同进行选择，可分为全站仪和无支点测量。

5 提高GPS测量精确度的基本方法

首先，对在建的公路工程进行大比例尺地形图的测量过程中，对于能够充分的满足GPS接收机数据采集要求的相关区域，利用GPS技术进行快速的完成碎步测量控制作业；但是在公路物相对密集的区域，或者树林密集的区域，会导致GPS技术应用过程中的初始化速度大大降低，不仅会影响到采集到的图根点无法实现野外作业，同时全站仪测量GPS不能够作用于基本的测区范围。其次，GPS测量技术在应用的过程中，针对图根控制点的测量过程，应充分考虑GPS高程的测量技术控制质量，同时，由于外业测量技术实施的过程中，不同的观测条件下碎步点的控制测量质量要求相对较低，因此在已知高程的校核过程中，应采取科学合理的处理方式，以满足GPS测量技术对精确度的要求。再者，对于不同型号的GPS地形数据测量产品或者设备来说，GPS信号会受到一定程度的影响，因此在使用的过程中容易造成初始化，这样会大大降低地形图中数据测量的精度，同时也会降低整个地形图测量过程中的生产效率。

6 结语

综上所述，GPS技术测量的过程中具有众多优势，是目前公路工程大比例尺地形图测量中应用最多的技术类型，同时由于GPS接收机智能化和数字化技术的实现，其观测质量主要受到卫星空间分布与卫星信号质量的影响。随着GPS、GIS和RS等技术的开发与融合，GPS技术在公路工程大比例尺地形图测量中应用将更为宽广。

参考文献

[1]刘金泉.公路工程测量中GPS-RTK测量技术的应用与优势[J].住宅与房地产，2018(21):251.

[2]杨正林，刘琴艳.水库水下地形图测绘中GPS-RTK技术的应用[J].陕西水利，2018(S1):175-176.