GPS在上海某公路拓宽工程测量中的应用研究
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GPS在上海某公路拓宽工程测量中的应用研究
摘要:本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验,以上海某
公路工程测量为工程背景,探讨了该工程中线路控制测量的相关关键
技术,论文首先分析了公路工程控制测量现状,进而探讨了GPS控制测
量的实施步骤,在此基础上,笔者结合具体的工程案例探讨了GPS公路
工程控制测量方法,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信
对同行能有所裨益。
关键词:GPS 公路 控制测量 精度
1 公路工程控制测量现状探讨
在公路工程中首先引入GPS的是公路控制测量。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,由于线路长且己知点少,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。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进行了控制测量的技
术并在新疆乌奎高等级公路、江苏徐连高速公路、江苏宁通公路、云
南元磨公路进行了有益的实践。广东长大公路工程有限公司开展了
GPS水准测量在高程控制测量中的应用研究。目前国内己逐步采用
GPS技术建立线路首级高精度控制网,如在沪宁高速公路,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。
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,因此广泛应用于大地测量、形变监测等高精度测量领域。同样静
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
方法广泛应用于公路控制测量中,如用于建立路线精密控制网、桥隧
精密控制网等。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:外业工作主要包括选点(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＋1ppm×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),以利于观测成果的检核,增强网的强度,提高成
果的可靠性和精确性。
适用范围:建立国家大地控制网(二等或二等以下)；建立精密工程
控制网,如桥梁测量、隧道测量等；建立各种加密控制网,如城市测量、
工程点测量、道路测量、勘界测量等；观测中至少跟踪四颗卫星,同
时基线边一般不要超过15km。
注意事项:所有已观测基线应组成一系列封闭图形,已利于外业检
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测量的工作程序见图1。
3 工程概况与GPS点的布设实施
某公路是连接上海与昆山等城市的重要通道。该公路拓宽改建工
程全长18．07公里,拓宽后的道路从原先的双向4车道改建为双向8
车道。本工程基础平面控制采用GPS测量,按照《公路勘测规范》(JTC
C10-2007)中四等网技术标准实施。以二等点“G2035、G2015”作为起
算点进行布网。设计GPS网的精度为四等,结合本工程的具体情况,
沿线路走向布设GPS点,GPS网采用边连式,组成网中的基线有一定数
量的多余观测,以增强成果的可靠,取“G2035、G2015”两点作为四等
GPS控制网的起算点,以取得了可靠的坐标转换参数。根据线路情
况,GPS首级网拟布设成带状大地四边形锁的形式,点对点之间相互通
视。平均400m～500m左右布设1对GPS点。全线共布设107点四
等GPS控制点。控制点均选择在施工红线之外且满足通视要求和相
对稳定。点位选设时避免了各种电磁波对GPS卫星信号的干扰、以
及因施工的影响而产生点位的变动。控制点分布均匀,相邻边长之比
小于1/2。
4 GPS观测
4.1 使用仪器
使用6台Ashtech 型静态单频GPS接收机(标称精度为
5mm+1ppm)进行GPS网野外数据采集。
4.2 作业时基本技术要求
卫星截止高度角≥15°；同时观测有效卫星数≥4；平均重复设站数
≥1.6；同时观测有效卫星数≥4；时段长度≥60min；数据采样率(S)≤30s。
4.3 观测方式
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。
4.4 外业数据检核
(1)同一时段观测值的数据剔除率不易大于10％。
(2)重复基线的测量差值ds。
(3)各级GPS网同步环闭合差需符合下式规定:
;;;
(4)各级GPS网异步环或符合路线坐标闭合差需符合下式规定:
;;;
5 GPS内业解算
5.1 数据后处理
GPS观测数据内业编辑输入相关点位信息后,采用接收机配备的
商用软件Ashtech solutions 2.5进行基线解算,保证每一条基线都求出
整周模糊度。重复基线较差和非同步环闭合差的检核仍按外业基线检
核时的要求进行。
5.2 网平差
对整网进行无约束平差并检核GPS网的观测质量。以所有独立
基线组成闭合图形,以三维基线向量及相应方差协方差阵作为观测信
息,以网一点的WGS-84系三维坐标作为起算依据,进行全网无约束平
差。对整网进行二维约束平差。以深圳市平面控制网GPS点“G2015、
2035”作为起算数据,对控制网进行二维约束平差计算。
6 GPS精度评定
6.1 环闭合差统计(表1）
6.2 基线残差统计(表2）
6.3 平面平差基线相对精度统计(表3）
6.4 gps点位中误差统计
100%的点位精度在1.0cm以内,其中46%精度小于0.5cm。以上
充分说明观测数据合格,基线解算质量良好,GPS网的测量精度满足四
等要求。
7 结语
随着城市建设规模日益扩大,今后遇到高速公路拓宽改建的项目
会越来越多,在保证工程进度及精度要求下,如何将GPS技术在大型工
程施工控制中灵活运用是一个只得探讨的课题。通过本工程的实践笔
者得到如下一些体会。
(1)GPS观测受到各种外界因素的影响,有可能产生粗差和各种随
机误差,为了对GPS观测成果进行质量检查,保证成果的可靠并恰当地
评定精度,就要求由非同步独立观测边构成闭合环或符合线路。作业
时不应将非独立边作为独立观测边处理,更不能将同步闭合环当作非
同步闭合环。(2)对GPS网进行图型设计时,应使闭合环的边数小于规
范的规定,仅允许个别闭合环的边数等于规范的边数,为了使外业观测
有计划的进行,避免GPS独立边选择的随意性,便于及时检查观测结
果。宜按设计网图选定GPS独立边,必要时,在经过技术负责人审议后,
可根据具体情况作适当调整。
参考文献
[1]中华人民共和国交通部.公路勘测规范[M].北京:人民交通出版
社,1999.
[2]中华人民共和国交通部.公路全球定位系统(GPS)测量规范[M].
北京:人民交通出版社,2000.
