GPS技术在高速公路平面控制测量中的应用
摘 要：GPS系统是一种采用距离交会法的全球卫星导航定位系统，目前在测量领域已得到了广泛应用。本文在分析高速公路控制测量现状的基础上，提出GPS平面控制测量。并从具体布网、选点、外业观测和内业数据处理方面展开阐述，对从事高速公路控制测量工作的测量人员具有一定的指导和借鉴作用。
关键词：GPS；平面控制测量；控制点；数据处理
1.高速公路控制测量现状
公路控制测量是路线勘测设计的基础，随着高等级道路的兴建，对路线勘测提出了更高的要求，由干线路长且己知点少，因此，用常规手段不仅布网困难而且难以满足高精度的要求，而GPS高精度的特点正好可以满足这一要求[1]。从20世纪90年代中期，许多公路工程部门开始了GPS定位技术在公路控制测量中的应用和研究。如应用GPS进行了控制测量并在新疆乌奎高等级公路、江苏徐连高速公路等进行了有益的实践。目前国内己逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，如存沪宁高速公路，青银高速公路，广惠高速公路等公路控制测量中得到广泛应用。
此外，在隧道、特大桥梁的施工中，也需要高精度控制测量。GPS技术也同样应用于特大桥梁和隧道贯通的控制测量中，由于无需通视，可构成较强的图形结构，特别是对常规测量中无检核的支点的量测提供了方便。在江阴长江大桥的建设过程中就应用了GPS技术对常规精密边角网进行检测。长梁山隧道贯通的洞外控制测量采用了GPS定位技术进行施测。杭州湾大桥项目也采用了GPS定位技术。
在公路控制测量中通常采用静态相对定位技术，也就是至少有两台GPS接收机同时观测，经处理后可以精确获得两点的三维坐标差，根据其中一点的坐标可推算出另一点的坐标。由于静态相对定位精度高，静态相对定位技术将在相当广泛的范围内逐步地取代以往的常规测量方法广泛应用千公路控制测量中。随着应用理论研究的深入以及作业规范的建立和完善，静态相对定位技术将会更好的为公路工程中的控制测量服务。
2.GPS平面控制测量
GPS控制测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中：外业工作丰要包括选点(即观测站址的选择)、建立观测标志，野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：技术设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与处理。
作业方法：采用两台(或两台以上)接收机，分别安置在一条(或数条)基线的端点，根据基线长度和要求的精度．按GPS测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段长度根据测量等级确定。定位精度：基线测量的精度可达±(5mm+lppm×D)，D为基线长度，以公里计。
作业要求：采取这种作业模式所观测的独立基线边，应构成闭合图形(如三角形、多边形)，以利于观测成果的枪核，增强网的强度，提高成果的可靠性和精确性。卫星截止高度角≥l 5。；同时观测有效卫星数≥4l平均重复设站数≥1.6；同时观测有效卫星数≥4l时段长度≥60min；数据采样率(S)≤30s[2]。
注意事项：每时段观测均量取天线高两次，其互差不超过3mm。取平均值作为最后天线高[3]。所有已观测基线应组成一系列封闭图形。以利于外业检核，提高成果可靠度。GPS测量是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，对这项工作总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能地减少经费、时间、和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作都要精心设计和实施。GPS测量的工作程序
图1.GPS实测流程图
3.GPS平面控制网的布设
3.1平面控制网等级的确定
在地形较为平坦的地区，建筑物平面控制网可与路线平面控制网同时布设。然而在山区，由于高速公路项目包括大量的桥梁和隧道，而各级公路、桥梁和隧道的平面控制网等级又不同，所以应采用路线平面控制网与建筑物平面控制网分步布设的方法。但为了保证构造物平面控制网联系到路线平面控制网上，在大型构造物两侧应分别设置至少一对相互通视的首级平面控制点，并且这些平面控制点应布设成四边形。对于路线平面控制网，应首先布设首级控制网，然后再布设加密路线平面控制网[4]。首级控制网的等级应根据路线平面设计的实际需要和公路勘测规范的要求确定。对于高速公路加密控制网等级不得低于一级导线精度。
3.2控制点的布设
首先在l：10000的地形图上进行控制网设计和点位的选择，然后进行实地踏勘确定点位。点位应根据山区地形特点选在较高位置，避免峡谷和树林对GPS卫星信号的严重遮挡，特别是在隧道进出口，既要保证GPS卫星信号不受影响，又要避免点位离路线太远，影响隧道贯通精度。点位上方应无大而积遮挡物，视野开阔。应远离大功率的无线发射装置、高压线等，避免信号受到电磁干扰而失真[5]。点位附近没有易引起多路径效应的反射物，每一点应至少有一相邻点通视。大型构造物每一端应埋设两个以上的平面控制点。一级导线相邻点之间的距离在山岭区不得小于100 m，最大距离不应大于平均边长的两倍。
4.GPS外业数据采集
在完成选点埋石后，下一步的工作就是准备进行外业观测。调度安排则给出了在外业观测期间人员、设备、车辆的调度方案，内容包括：人员安排、仪器配备、交通工具配备、观测时段长度、迁站安排等内容。在山区进行GPS测量时，由于路线经过峡谷等地形复杂地段，点位上方的GPS卫星信号会被遮挡一部分，从整体上讲观测条件往往较差，因此作业前应查看观测站星空图，选择适当的观测时间段，适当延长观测时间等手段来提高观测精度。实际作业时，应严格按照作业规定要求进行外业观测，按时到站，严格对中整平，认真在GPS测量前和测量后量取天线高并记录，定时检查接收机工作状态（电源情况、卫星状况、记录状况）。每天可以根据具体的情况修改测量安排，继续进行测量。
5.GPS内业数据处理
控制网点观测完成后，对原始数据进行全面检查和校对，确认外业数据无误后，采用高精度的GPS数据处理软件进行数据处理工作。GPS静态相对测量数据处理基本步骤为：粗加工、预处理、基线结算、GPS网与地面网的联合网平差处理、坐标转换和高程转换。在GPS观测条件较好的平坦地区，控制网数据处理工作一般能一次完成。在地形起伏较大、树木众多的山岭重丘区，由于GPS接收信号受到不同程度的影响，在数据处理过程中，往往会出现大量不合格基线或者合格基线误差较大，部分同步环闭合差、重复基线较差、异步环闭合差会超限，如何提高控制网解算精度，尽量避免大量的外业重测工作，就成为测绘工作者研究的问题。
6.结束语
全球定位系统（GPS）在测绘中的应用和发展，为道路控制测量技术水平的提高，提供了良好的条件，GPS具有速度快、精度高、无需点与点之间相互通视等技术优势[6]。相对常规测量方法更适用于山区平面控制网的测量。为此提出以下建议：
1)在遮挡严重的山区进行GPS测量时，由于路线经过峡谷等地形复杂地段，从整体上讲观测条件往往较差，因此建议作业前查看观测站星空图，选择适当的观测时间段，适当延长观测时段等手段来提高观测精度。
2)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)对于山区城市控制网测量来说，采用合适的GPS观测方法和恰当的数据处理模型，对保证测量成果的质量和精度至关再要。
4)选取适当的观测时段。建议在基准点和形变监测点上实测环视图，以便在预报时将基准站和监测站上被遮挡部分都屏闭掉，依据实际情况来选择最佳观测时段。
5)选取合适的截止高度角。一侧的卫星被遮挡时，适当增大截止高度角可使观测卫星的分布较为对称，也有助于减少多路径误差及大气延迟误差的影响。截止高度角的选取应据测站周围的地形条件而定。
6)减少对流层延迟误差影响。在山区，测点之间高差较大，在数据处理过程中采用缺省对流层改正模型，难以消除对流层延迟误差。若在基线解算过程中，对流层模刑改正采用实测气象参数，效果比用缺省标准气象参数好得多。
参考文献
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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/ce17be7abfd5b9f3f90f76c66137ee06eff94ed6.html
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