電子工程師論文范文Gps 在公路勘測的應(yīng)用

　　摘要：隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，測繪行業(yè)也有很大的提高。例如GPS測量技術(shù)在公路勘測中應(yīng)用。GPS作業(yè)有著極高的精度，它的作業(yè)不受環(huán)境和距離的限制，非常適用于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等。本文結(jié)合筆者的實際工作經(jīng)驗，就Gps 在公路勘測設(shè)計中的應(yīng)用進行了深入的探討，具有一定的參考價值。

　　關(guān)鍵詞：Gps ,公路,勘測設(shè)計,應(yīng)用

　　1. 前言

　　近年來，作為國家基礎(chǔ)設(shè)施的公路建設(shè)得到了飛速發(fā)展，平均每年開工項目里程接近1500km。為了保障公路的設(shè)計優(yōu)化與合理施工，與之息息相關(guān)的測繪工作的重要性不言而喻，然而傳統(tǒng)的測繪工作時間長、效率低，同時在網(wǎng)形布設(shè)、觀測方法、誤差控制等方面都存在一定的問題，再加上線路狹長，周圍控制點少，給測繪工作帶來不便。然而隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，測繪行業(yè)也有很大的提高。例如GPS測量技術(shù)在公路勘測中應(yīng)用。

　　2.道路勘測的工作概述

　　2.1道路初測

　　在這一階段主要是根據(jù)批準的《工程項目可行性研究報告》及其審查意見所確定的修建原則和路線基本走向方案，進行實施勘測與調(diào)查，包括導線、高程、地形、地質(zhì)、橋涵、路線交叉、概算資料的測量調(diào)查工作，并進行紙上定線，選定路線線位，確定工程構(gòu)造物布設(shè)方案。具體的測量內(nèi)容有導線測量、水準測量和地形測量。導線測量是為了作線路平面控制測量;水準測量作高程控制測量;地形測量主要是以導線點為依據(jù)，測繪線路數(shù)字帶狀地形圖。以上傳統(tǒng)的測繪儀器，如全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀都可以完成但效率不高。

　　2.2道路定測

　　道路定測，即定線測量，是指施工圖設(shè)計階段的外業(yè)勘測和調(diào)查工作。具體任務(wù)是根據(jù)上級批準的初步計劃(或技術(shù)設(shè)計)，具體核實路線方案，實際標定路線或放線，并進行路線中線、高程、橫斷面、橋涵、隧道、路線交叉、沿線設(shè)施、環(huán)境保護等測量和資料調(diào)查，為施工圖設(shè)計提供資料。定線測量，常用方法有穿線交點法、撥角法、解析法、坐標法、直接定交點法等，前四種方法需要有實測導線點，其中坐標法精度最高，解析法次之。直接定交點法需要有明顯的地面特征點，放線精度不高。接著便是中線測量、水準測量、最后是縱橫斷面的側(cè)量，縱橫斷面圖的繪制。

　　2.3道路施工測量

　　道路施工測量的主要任務(wù)是曲線測設(shè)，包括恢復中線測量，施工控制樁、邊樁和豎曲線的測設(shè)。恢復中線測量后就要進行路基的放樣工作;施工控制樁的測設(shè);路基邊樁的測設(shè);路基邊坡的放樣;路面放樣和路拱放樣。其中最重要的是測定橫斷面方向，圓曲線橫斷面方向的測設(shè)、緩和曲線橫斷面方向的測設(shè)，豎曲線的測設(shè)。

　　3.道路勘測傳統(tǒng)的測量模式

　　道路勘測傳統(tǒng)的測量模式中，測繪需要的工作量大、人員多、測繪工作時間長、效率低、精度不高等。例如，在道路初測階段的控制測量，大多是利用導線測量，這樣選擇導線點時要求兩導線點通視，首先是水平角的觀測，水平角應(yīng)采用全測回法測量，儀器精度指標不低于DJ6級，施測中每天至少應(yīng)觀測一次磁方位角，其校核差不應(yīng)大于2º。并且最好與國家平面控制點進行聯(lián)測，布設(shè)為閉合導線。之后利用光電測距儀測取距離，或者用鋼尺和基線法測量。內(nèi)業(yè)計算平差處理得到導線控制點坐標。這樣效率低，且操作較為麻煩。然而使用GPS做靜態(tài)控制測量則較為方便簡單、效率高，不考慮兩控制點間是否通視等。在地形測量中繪制1：1000或1：2000的大比例尺地形圖，利用全站儀可以進行數(shù)據(jù)的采集，但同樣較為麻煩且效率低，受地理影響的因素較高，每站的測量范圍有限。若GPS RTK測量的作業(yè)模式，可實時進行動態(tài)的測量，并且受限較小，效率更高。道路的施工放樣中測設(shè)圓曲線，可用經(jīng)緯儀和鋼尺或全站儀利用極坐標法、直角坐標法、交會法等進行放樣。從上可以看出傳統(tǒng)的測繪工作時間長、效率低，同時在網(wǎng)形布設(shè)、觀測方法、誤差控制等方面都存在一定的問題，再加上線路狹長，周圍控制點少，受限較多，給測繪工作帶來不便。

　　4.GPS靜態(tài)測量及GPS RTK測量在公路中的應(yīng)用

　　4.1 G P S幾何定位原理

　　G P S衛(wèi)星定位是利用測距交會的原理確定點位。假設(shè)在地面上有三個無線電信號發(fā)射臺，其坐標為已知，用戶接收機在某一時刻采用無線電測距的方法，分別測得接收機至三個發(fā)射臺的距離d1、d2、d3。只需以三個發(fā)射臺為球心，以d1、d2、d3為半徑作出三個定位球面，既可交會出用戶接收機的空間位置。反之利用3顆以上的衛(wèi)星已知位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置。這就是G P S衛(wèi)星定位的基本原理-空間距離，后方交會。

　　4.2 GPS在公路工程中的應(yīng)用

　　GPS在公路工程中的應(yīng)用主要有：GPS作業(yè)有著極高的精度，它的作業(yè)不受環(huán)境和距離的限制，非常適用于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等;GPS測量可以大大提高工作及成果質(zhì)量，它不受人為因素的影響，整個作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)控制，自動記錄、自動數(shù)據(jù)預處理、自動平差計算;GPS測量可以極大地降低勞動作業(yè)強度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率，一般GPS測量作業(yè)效率為常規(guī)測量方法的3倍以上;GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應(yīng)用的重要領(lǐng)域，特別是在當前高等級公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實施常規(guī)的幾何水準測量有困難，GPS高程測量無疑是一種有效的手段。

　　常規(guī)測量如三角測量，導線測量，要求點間通視，費工費時，而且精度不均勻，外業(yè)中不知道測量成果的精度。G P S靜態(tài)、快速靜態(tài)相對定位測量無需點間通視能夠高精度地進行各種控制測量，但是需要事后進行數(shù)據(jù)處理，不能實時定位并知道定位精度，內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求必須返工測量。而R T K技術(shù)進行控制測量既能實時知道定位結(jié)果，又能實時知道定位精度，這樣可以大大提高作業(yè)效率。因此，在公路勘測過程的各個階段及每個階段中的道路中線放樣、橫斷面、坡角線、占地線放樣都得到廣泛的應(yīng)用。

　　在測量過程中，首先建立一個基準站，并在其上安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;另三臺接收機裝入用徠卡Road Editer軟件編輯的線路文件，安置在運動的載體上，在出發(fā)點按快速靜態(tài)相對定位法，靜止觀測數(shù)分鐘，以進行初始化;運動的接收機利用GPS中的Roadplus程序定出路線的中樁位置并采集數(shù)據(jù)。為了保證這種作業(yè)模式的高精度，特別是高程精度，測設(shè)人員至少保證同步觀測四顆以上分布良好的衛(wèi)星，并在運動過程中保持連續(xù)跟蹤，同時，運動點與基準站的距離不超過10Km，這樣既能實現(xiàn)GPS速度快、精度高，可實現(xiàn)載體的連續(xù)實時定位的特點，又能保證定測的中線、橫斷、橋涵、交叉及路基路面等專業(yè)組間的同步，在測量過程中，我們同時用G P S(R T K)對測繪部門提供的控制點成果進行復測，流動站在站5公里范圍內(nèi)，其校核精度在5厘米范圍內(nèi)，5～1 0公里范圍內(nèi)，其校核控制點精度在5～1 0厘米范圍內(nèi)。測量進度視沿線周圍環(huán)境而定，如地勢平坦，樹木較稀，人行走較方便，一臺流動站一天可完成5～8km的中線測量。測量精度基本滿足路線測量精度的要求(中樁平面及高程均在5cm范圍內(nèi))，我們還采用G P S進行了橋位測量、洪痕水位測量、地物測量以及橫斷面測量，其精度高、速度快、操作簡便、不要求通視等諸多優(yōu)點極大提高了外業(yè)勘測，尤其是山區(qū)公路勘測任務(wù)的工作效率，大大節(jié)省人力資源。

　　4.3 GPS RTK技術(shù)應(yīng)用

　　4.3.1大比例尺地形圖測繪

　　高等級公路選線多是在大比例尺(1∶1000或1∶2000)帶狀地形圖上進行。用傳統(tǒng)方法測圖，先要建立控制點，然后進行碎部測量，繪制成大比例尺的地形圖。這種方法工作量大、速度慢、花費時間長。用實時GPS動態(tài)測量可以完全克服這些缺點，只需在沿線每個碎部點上停留一兩分鐘，即可獲得每點的坐標、高程。結(jié)合輸入的點特征編碼及屬性信息，構(gòu)成帶狀所有碎部點的數(shù)據(jù)，在室內(nèi)即可用繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息，而且采集速度快，因此大大降低了測圖難度，既省時又省力。

　　4.3.2公路選線與中線放樣

　　在公路選線過程中，工程人員往往要按照勘測設(shè)計規(guī)范，本著盡量減少占用農(nóng)田、少拆遷房屋并盡量利用舊路路基這樣的原則。為準確設(shè)計好道路中線，使其符合設(shè)計要求，可以利用GPS RTK技術(shù)，用車載GPS RTK接受機做流動站，沿原路中線按一定間隔采集數(shù)據(jù)，選擇另一已知點為參考站，遇到重要地物，準確定位，最后將數(shù)據(jù)傳入計算機，利用AutoCAD軟件就可以方便地在計算機上選線。設(shè)計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路中線在地面上標定出來。采用實時GPS測量，只需將中樁點坐標輸入到GPS電子手簿中，系統(tǒng)軟件就會自動定出放樣點的點位。由于每個點測量都是獨立完成的，不會產(chǎn)生累計誤差，各點放樣精度趨于一致。道路路線主要是由直線、緩和曲線、圓曲線構(gòu)成。放樣時，只要先輸入各主控點樁號(ZH、HY、QZ、YH、HZ)，然后輸入起終點的方位角、直線段距離、緩和曲線長度、圓曲線半徑，就可以輕松放樣，而且一切工作均由GPS電子手簿來完成。這種方法簡單實用，比起傳統(tǒng)的極坐標法要快得多。另外，如果需在各直線段和曲線段間加樁，只要輸入加樁點的樁號就可由GPS來完成。

　　4.3.3道路的縱、橫斷面放樣

　　縱斷面放樣時，先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如各變坡點樁號、直線正負坡度值、豎曲線半徑)，生成一個施工測設(shè)放樣點文件，并儲存起來，隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。橫斷面放樣時，先確定出橫斷面的型式(填、挖、半填半挖)，然后把橫斷面設(shè)計數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設(shè)計高)，生成一個施工測設(shè)放樣點文件加以儲存，并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。同時可通過軟件自動與地面線銜接進行“戴帽”工作，并利用“斷面法”進行土方量計算。通過繪圖軟件，可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時采集而來的，不需到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量，大大減少了外業(yè)工作。而且必要時，可用動態(tài)GPS到現(xiàn)場檢測復核，這與傳統(tǒng)方法相比，既經(jīng)濟又實用，前景廣闊。

　　4.3.4　通過GPS定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用在公路用地面積的確定上，在道路位置的確定，估算工程量，以及對公路周邊的農(nóng)田和道路以及其它建筑物地形圖的測量工作，在確定用地界限方面等都可以發(fā)揮出它特有的作用。并且在深山中與高建筑群中如果進行一般的測量時其困難是相當大的，但是如果應(yīng)用GPS定位技術(shù)系統(tǒng)便可以直接發(fā)揮出其強勢的特點，也可以精確的測定用地面積與路線的位置等，與此同時，還可以繪制精密的公路路線地形圖和公路路線的平面布置圖。并且在公路地形的調(diào)查過程當中，應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)的技術(shù)還可以加強提高放樣點定位的精準度和工作的效率，在很大程度上可以有效的解決因地形圖的誤差較大以及引線測量定位較大誤差的問題。

　　4.3.5 橋梁結(jié)構(gòu)物放樣

　　對于在大跨徑修建的橋梁，采用傳統(tǒng)的儀器來定位放樣，由于水面寬、霧氣大、觀測浮標飄忽不定，產(chǎn)生的誤差比較大。而GPS-RTK技術(shù)采用的是空間三點后方距離交會原理來定位，精度和效率更加高。

　　4.4 GPS技術(shù)在公路勘測設(shè)計應(yīng)用中的優(yōu)點

　　4.4.1在進行高程相對較大，測量面積較大地區(qū)時，利用常規(guī)方法測定這些點的平面位置和高程需要很多過渡點，不僅測量時間周期長，而且測量精度難以保證，另外還會出現(xiàn)不少無檢核的支點，已發(fā)生錯誤，利用GPS采集的點，可直接構(gòu)成網(wǎng)形，精度高、速度快具有較高的可靠性。

　　4.4.2能夠直接獲得三維坐標。與傳統(tǒng)的測量方法相比,在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程，從而得到三維坐標。

　　4.4.3由于野外地形限制，常規(guī)測量需要布設(shè)多個支點，而GPS測站之間無需通視，使得選點更加靈活方便。

　　4.4.4定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量時間證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12x10-6，而在100~500公里的基線上可達10-6~10-7。

　　4.4.5不受天氣影響、作業(yè)速度快、靈活，顯著的提高了作業(yè)效率,大大降低了勞動強度。在短時間內(nèi)迅速準確的完成野外數(shù)據(jù)采集工作，為提前工期做出了貢獻。

　　5.結(jié)論

　　通過在公路勘測設(shè)計中實施GPS測量可看出：GPS測量靈活、方便、能大大節(jié)省人力、物力、減少野外砍伐工作量，減少一些不必要的過渡點;具有極高的精度，它完全能達到《公路勘察規(guī)程》對公路測量測要求;較紅外儀導線測量，可提高效率4~5倍。誠然，GPS技術(shù)如果與傳統(tǒng)測量技術(shù)結(jié)合起來，充分利用各自優(yōu)點，發(fā)揮各自優(yōu)勢，為公路勘測設(shè)計提供快速、精確的數(shù)據(jù)，從而為國家公路發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

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