关键词： GPS定位系统 公路工程 控制测量 应用

1、关键词： GPS定位系统 公路工程 控制测量 应用 一、概述GPS全球定位系统（Global Positioning System)在公路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下GPS系统的组成，工作原理以及在测量领域的应用特点。1.1GPS系统的组成GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。1.1.1 空间卫星群 GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角

2、为60o，轨道和地球赤道的倾角为55o，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。1.1.2 GPS的地面控制系统 GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对 GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。1.1.3 GPS

3、的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。在测量领域，随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。例如：我们在控制测量中使用的天宝（Trimble）4800GPS测地型接收机其技术指标为：双频主机、天线，RTK电台一体化；独特的电池设计、无需接线，使用4h以上；5次/秒的快速位置更新，可靠的卫星"超跟踪"技术；新型于薄式控制器，4M或10M的PCMCIA数据存储卡;测量精度：静态测量5mm+lppm RTK测量 1

4、0mm十1ppm（平面）20mm十1ppm(高程）这些技术指标充分的满足了控制测量的精度要求。1.2GPS的工作原理GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。如图 l示：在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了3颗(A、B、C)以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置(三维坐标)。从而用距离交会的方法求得 P点的维坐标(Xp,Yp，Zp)，其数学式为：SAP2=( Xp-XA)2+(Yp-YA) 2+(Zp+ZA) 2SBP2=( X

5、p-XB)2+(Yp-YB) 2+(Zp+ZB) 2SCP2=( Xp-XC)2+(Yp-YC) 2+(Zp+ZC) 2式中(XA，YA，ZA), (XB，YB，ZB), (XC，YC，ZC)分别为卫星A，B，C 在时刻ti的空间直角坐标。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。（如： WGS-84世界大地坐标系和1980年西安大地坐标系。）在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成

6、果，因此在测量中被得到了广泛的应用。二 GPS测量的技术特点相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：2.1 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。 2.2 定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100500公里的基线上可达10-610-7。 2.3 观测时间短。 观测时

7、间短采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在3040min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。2.4 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。 2.5 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。2.6 全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行

8、，一般不受天气状况的影响。 三、GPS系统在实际测量工作中的应用，公路工程的测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。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，实地放样地面上。开封市的省路网改造项目应用GPS测量是于2001年开始的，2002年在省道豫04线和尉氏-通许段48公里的中线测量和国道310线郑汴高速连接线11.8公里的控制测量中推广使用了静态功能这一技术。 据开封市公路工程勘察设计院有关专家介绍，经过多次的复测验证，GPS技术定线测量的精度可以完全满足公路勘察设计和公路建设的精度要求。3.1 国道310线郑汴高速

9、连接线控制测量3.1.1建立布网方案 国道310线郑汴高速连接线北连郑汴高速，向南穿越正在开发的开封经济技术园区，地物地貌较为复杂，部分区域和方向有遮挡，该测区内原有BJ54坐标系的E级控制点二个(已知起算点)，其中a1 （X=3852759.5680，Y=528870.9190，H=72.0080）位于医药商厦门前， b1 （X=3852808.6230，Y=527915.2590，H=72.0000）位于大学西边的路口处，根据工程需要在市委、水利局、书店、雕塑、检察院附近加密控制点，以便于测设，我们如图1建立控制网。3.1.2 大地测量法主要采用大地测量仪器如经纬仪、全站仪、测距仪等。国道

10、310线郑汴高速连接线控制网采用测边网，高程采用测距三角高程，按照观测技术要求进行施测。外业观测数据经数据处理并进行平差计算其结果见表1。3.1.3 GPS静态测量法GPS静态测量法就是根据制定的观测方案，将三台天宝4800GPS接收机安置在待定点(a2,c1,c2,c3)上同时接收卫星信号，直至将所有环路观测完毕。观测数据经平差计算得到54北京坐标系的坐标见表2。 3.1.4大地测量法与GPS测量法结果比较 见表3。由表3可知：由于两种测量方法本身的测量误差和坐标转换数学模型误差以及在平差计算中观测量权配置等因素引起两种测量方法的结果存在一定的差值，由于其三维坐标差值均小于±10m

11、m，因此可以满足国道310线郑汴高速连接线加密施工控制网的精度要求。3.2 GPS的动态测量（RTK）在东京大道新建工程的应用东京大道新建工程周围地势起伏较大，在北城墙外JD4JD5区间穿越五十公顷面积的国家森林公园，大范围的密林、密灌地使通视较为困难，而规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度和结点导线结点间距等指标都有严格规定，这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。开封市公路局勘察设计院于2000年用10人花费20天时间，用全站仪和测距仪通过导线形式完成了该路段进行了控制测量。2001年在工

12、程开工前对 该路段实施GPS的RTK动态测量，对中线进行恢复和校核。见图示：以已知控制点 JD4、JD5为基准点，然后在基准点JD4上架设GPS基准台，用GPS1H和GPS2两台天宝（ Trimble）4800GPS接收机分别安置在控制点上，测出点HZ4、ZD7、ZD8、ZD9、ZD10、ZH5、的三维坐标，每点测量时间为5s。根据所测坐标计算出相应边长值。表4测量基线边长比较表。 为验证市勘察设计院2000年的对东京大道新建工程在控制测量的精度，我们分别以JD4和JD5为基准站对国家森林公园周围原加密的控制点（见图3）A、B、C、D、E也进行了RTK测量，进行了坐标比较，见表5。由表4、表5

13、可知：运用GPS测量的基线有14条，边长差值最大为16mm。控制点坐标测量点数7点，除E点发现有人为的破坏痕迹外，三维坐标能够比较的元素有27个，差值小于施工测量规范规定的要求，从以上比较可知，RTK测量可以用于工程的控制测量是非常有效的新技术。原来10人20天的外业任务，使用GPS测量仅用5人6小时时间，可见利用GPS测量能大大提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了高等级公路测设质量。四、小结通过以上对GPS测量的应用事例的探讨，可以看出GPS在公路工程的控制测量上具有很大的发展前景： 第一 GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。

14、 第二 GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。 第三 GPSRTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。 第四 GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。 第五 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的形势下，往往由于这些地

15、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。 浅谈工程施工中的测量监理减小字体 增大字体前言         近几年，随着国家加大对基础设施建设的投资政策，既给监理行业带来一次难得的机遇，同时也对监理行业提出了更高的要求，而测量监理是公路工程质量控制的基本环节之一，贯穿与施工监理的全过程。主要包括控制测量监理、施工测量监理和有关技术问题处理等内容。监理工程师应认真掌握，对施工全过程实施有效控制、监督和管理。严格按技术规范、招标文件及图纸的要求施工，避免质量事故、返工现象的发生

16、，造成经济损失。一、 准备工作   监理人员进场后，要进行一系列大量、细致的测量监理工作。1、 测量必备资料测量人员再开展工作前应准备下列资料：公路勘测规范（JTT06199）、公路桥位勘测规程（JTT06291）、公路隧道勘测规程（JTT06385）、公路路基施工技术规范（JTT03395）、公路桥涵施工技术规范（JTT0412000）、工程招标文件、施工设计图纸及其测设成果等资料。其中工程招标文件、施工设计图纸及其测设成果等资料应由业主提供。2、 工程测量技术交底。技术交底方式，可由业主交给监理，再经监理交给承包人。为提高效率，简化程序，也

17、可由业主向监理和承包人同时进行技术交底。无论采取何种方式，均应从业主（或设计单位）取得下列详细资料：控制点成果表、控制点布置图、测量依据、测量成果计算说明及要求等。在进行内业交接时要填好交接记录表，交接资料，不全资料要分类写明，对遗留问题应在开工令下达之前解决；在进行外业交桩时，应初步审查控制点的点位情况，并随后对控制点进行全面复测，把被破坏或被扰动的点及复测成果与开工前上报业主。二、 测量监理的内容   测量监理的内容分为控制测量监理和施工测量监理。（一） 控制测量监理1、测量前的准备(1).查阅测量交底资料。技术交底完成后，监理工程师应会同承包人对起

18、资料进行审核，其内容包括：a.控制点的精度：一般高速公路和一级工路施工控制点的精度为四级导线和四等水准。b.点位在路线两侧得分布情况：当点位间距或点为距离500m时应考虑在后续工作中进行加密。(2).测量仪器准备。测量仪器是测量工作的主要工具，其配备得数量及精度应一满足技术规范、设计要求和施工需要为标准。除合同另有规定外，一般公路施工标段承包人应配有两台全站仪（一用于路基放样，一用于结构物放样）每一公里路基应配备水准仪一台：桥涵应配有专用水准仪一台。审查其特测量准备，控制测量前应具备下列条件：仪器精度满足要求、状态良好、检验证书有效。工作计划满足施工计划要求。交通工具适应需要，木桩、铁钉等测量

19、用具充足。2、控制点的复测监理（1）复测过程监理：对外业的复测工作，监理工程师应进行全过程旁站，并独立完成抽检内容（抽检频率为30%）抽检主要是对合同段间共同点位和合同段的连接段、位于河流和极易被破坏的点位重点检测。（2）审核批复复测报告监理工程师应在开工前要求承包人以正式文件形式提交复测报告，并抄报业主，监理工程师要对承包人递交的复测成果进行审核，主要是审核其测量成果及计算过程，导线点及水准点闭和差应满足设计和规范要求。审核完成后，要对其成果进行批复，确认正确的点位，批复以正式文件发承包人并抄报业主；点位一经确认，要求承包人妥善加以保护。在点位四周加固，并设立保护牌。3、密控制点的监理为满足

20、工程施工的需要，承包人要对施工控制点进行加密，作为施工测量的基准点。测量监理工程师对加密点要进行严格控制，避免因基准点错误而引起质量事故。加密点埋设要牢固，布设点位视线要开阔且路线两侧应至少有两个点相互通视。一般加密点可直接在原控制点上设支点，布设成闭合导线或附合导线。监理工程师应于每年的动融后、雨季结束后进行复测抽检，对有变化的点或新增设的点亲自检测并加以确认，同意在施工中使用。二、施工测量监理施工测量监理包括横段面测量、施工放样（包括路基、桥涵、隧道等）。监理工程师应深入到施工的各工序中去，严格监督和把关，把施工偏差控制在规范要求的范围之内。1、横断面测量   承包人在

21、路基施工前要进行原横断面复测工作，以复核设计工程量。监理工程师对其提交的结果按规定频率进行抽检，对地形变化比较大、复测结果与设计出入大的进行重点检测，以验证其结果的真实度，如结果差异较大时，令起重测或与监理共同复测2、施工放样测量施工放样测量是监理工程师进行质量控制的重点，在其施工前应要求承包人提供施工放样报告。监理工程师要对其放样基准点和放样点坐标、放样示意图及相关尺寸认真审核，保放样数据的正确性。经审核正确后，方可同意其进行施工放样测量，监理工程师应对其放样成果进行全面检测，对不符合要求的点位一律返工重测。3、基施工测量监理对路基施工，测量监理工程师应控制好路基纵横断面高程、中线偏位、宽度、平整度、横坡度等各项指标，并重点对填前碾压后的指标进行检测，要求承包人提交其断面图、测量结果统计表填挖工程量统计表等资料，以此来控制其计量及总工程量。路基施工过程中监理工程师要每隔34层检测一次，包括恢复中桩、量测宽度纵横断高程，以控制路基