gps技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

gps技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

全球gps系統(tǒng)（gps）是一種基于人造地球衛(wèi)星的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可提供精確的三維坐標(biāo)、運動對象的三維速度和標(biāo)準(zhǔn)時間，具有全球、連續(xù)性和全球功能。它由導(dǎo)航星座、地面臺站和用戶定位設(shè)備三部分組成。導(dǎo)航星座是由24顆位于地球上空約兩萬公里軌道上衛(wèi)星網(wǎng)所組成,它們分布在6個不同的軌道面上,這6個軌道面與赤道平面傾角為550。軌道相互間隔120°,相鄰軌道面鄰星相位差為40°,運行周期為11h8min,衛(wèi)星網(wǎng)的這種布置格局保證了在地球上任何地點任何時刻至少能同時觀測4顆衛(wèi)星,最多時可觀測到11顆衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號,實現(xiàn)三維精確定位。衛(wèi)星發(fā)射有三種信號,即精密的P碼(廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域)、非精密的捕獲碼C/A(用于民用方面)和導(dǎo)航電文。地面臺站由一個主控站、五個監(jiān)控站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)控站觀測到的數(shù)據(jù)計算出每顆衛(wèi)星的軌道等數(shù)據(jù),注人到各衛(wèi)星存儲器。用戶定位設(shè)備即GPS接收機,由天線、信號識別和處理裝置、微機操作板、指示器、數(shù)據(jù)存貯器、精密振蕩器、電源六大部分組成,其主要功能是接收衛(wèi)星播發(fā)的信號并利用本身的偽隨機噪聲碼取得觀測量以及內(nèi)含衛(wèi)星位置和鐘差改正信息的導(dǎo)航電文,然后計算出接收機的三維坐標(biāo)和運動速度。隨著GPS技術(shù)日趨成熟,GPS產(chǎn)品的不斷升級,GPS測量已經(jīng)更加實用化和自動化。在道路勘測設(shè)計中,運用GPS技術(shù)已使傳統(tǒng)的道路勘測方法發(fā)生了根本的變革,尤其是作為道路地理信息系統(tǒng)(GIS)中獲取空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的先進(jìn)手段,對實現(xiàn)道路勘測設(shè)計的自動化和數(shù)字化具有重要意義。一、gps在道路工程中的應(yīng)用(一)采用gcps技術(shù)建立線路前控制網(wǎng)GPS在道路初測階段的主要任務(wù)是根據(jù)路線的基本走向布設(shè)控制點,進(jìn)行平面控制測量和高程控制測量,作為測繪路線地形圖、定線測設(shè)和施工放樣的重要基礎(chǔ)。利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)線法進(jìn)行路線控制測量,并具有布網(wǎng)靈活、外業(yè)觀測速度快、全天候作業(yè)、定位精度高等優(yōu)點,經(jīng)內(nèi)業(yè)處理要在統(tǒng)一坐標(biāo)系下提供控制點的三維數(shù)據(jù)信息。目前,國內(nèi)已基本采用GPS技術(shù)建立線路高精度首級控制網(wǎng),如滬寧、寧杭高速公路的全線就是利用CPS建立了首級控制網(wǎng),然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實踐證明,在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差只有2cm左右,達(dá)到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度,同時也大大縮短了工期。廣東省地質(zhì)測繪院利用win200GPS接收機的快速靜態(tài)定位功能已建立了數(shù)百公里的高精度GPS道路控制網(wǎng),取得了良好的效果。(二)相對定位的應(yīng)用利用GPSRTK技術(shù)進(jìn)行實時動態(tài)測量,是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個新突破。期限基本原理是,在基準(zhǔn)站上安置1臺GPS接收機,對所有可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測,并將其觀測數(shù)據(jù)通過發(fā)射臺實時地發(fā)送給流動觀測站。在流動觀測站上,GPS接收機在接收衛(wèi)星信號的同時通過接收電臺接收基準(zhǔn)確性站傳送的數(shù)據(jù),然后利用電子手簿根據(jù)相對定位的原理,實時地求解出厘米級的流動站的動態(tài)位置(X、Y、Z)。在道路勘測中,應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行定線測量可同時一次完成傳統(tǒng)測量方法中的放線、中樁、中平等工作,大大提高作業(yè)效率?；咀鳂I(yè)方法如下。(1)在路線控制點上架設(shè)一臺GPS接收機作為基準(zhǔn)確性站,流動站測設(shè)路線點上架設(shè)一臺GPS接收機作為基準(zhǔn)流動站測設(shè)路線點位燕打樁作業(yè)。(1)根據(jù)所設(shè)計的路線參數(shù)(圓曲線半徑、緩和曲線要素、交點坐標(biāo)、起始方位角等),利用路線計算程序計算路線中樁的設(shè)計坐標(biāo)(注:也可將路線計算程序計算路線中樁的設(shè)計坐標(biāo)集成于GPS接收機所配套的電子手簿中,在現(xiàn)場輸人樁號,隨時計算坐標(biāo))。(3)將路線中樁的設(shè)計坐標(biāo)從微機中傳輸?shù)诫娮邮植尽?4)在流動站的測設(shè)操作下,只要輸人要測設(shè)的參考點號,然后按解算鍵,顯示屏可用時顯示當(dāng)前桿位于和到設(shè)計樁位的方向與距離,移動桿位,當(dāng)屏幕顯示桿位與設(shè)計點位重合時,在桿位處打樁寫號即可。這樣逐樁進(jìn)行,可快速在地面上敷設(shè)中樁并獲取高程。(5)在每個樁位按控制器的記錄鍵,將每個樁位高程記錄于電子手薄的存儲器,實現(xiàn)無紙化記錄。二、gps引導(dǎo)道路工程的綜合測量(一)道路測繪工作的領(lǐng)域,包括需要施工、與網(wǎng)絡(luò)等具有實時測量功能的CPS系統(tǒng),其精度、速度和可靠性得到了充分的保障。首先,擴大實時GPS測量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,它承擔(dān)道路勘測作業(yè)的絕大部分項目,除各級控制、施工放樣之外,將包括數(shù)字化帶狀地形圖測繪,線路土石方、橋涵工程施工測量,路面鋪裝施工作業(yè),里程樁標(biāo)定和道路竣工驗收測量。另一方面,將控制測量、坐標(biāo)與高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、帶狀地形圖測量、選線設(shè)計、中線、邊線放樣作業(yè),到各個樁位的填挖工作量計算通過一塔外業(yè)測量過程予以全部完成。(二)u3000測量成果的輸出利用4-5臺GPS實時測量系統(tǒng),在具體作業(yè)中分工如下:將兩臺分別架設(shè)在施測沿線相距15～20公里左右,有利于衛(wèi)星信號接收和無線電信號發(fā)送的開闊高地上,作為參考站A與B(不必考慮它們是否已知點),提前兩三分鐘開機,通過實時CPS測量方法將A站的WGS84地心坐標(biāo)準(zhǔn)傳遞給B站隨后即可同時開始招待參考站的任務(wù)另外兩臺在兩個參考站有效控制距離長達(dá)30～50公里帶狀區(qū)域內(nèi)充當(dāng)流動臺按設(shè)計的帶寬測量地形圖,并按一定的間距布測概略中線與邊線木樁,實時得到它們相對于兩個參考站的三維坐標(biāo)如果彼此互差在±3cm(或±5cm由用戶自己設(shè)定)限差以內(nèi),取中數(shù)為平差值;如果還有第5臺GPS可供使用的話,讓它專門從事沿線用兩側(cè)5～10公里范圍內(nèi)國家三角點或地方局部近控制網(wǎng)已知點的聯(lián)測。如果只有4臺接收機可供使用的話,這種聯(lián)測只能由分擔(dān)流動點測理任務(wù)的兩臺接收機在施測過程中就近順便完成。在完成一段作業(yè)任務(wù)后,A站向線路的延伸方向遷站到C點,并保持B點不動。B、C相距15～20公里左右。同樣C點坐標(biāo)由B點通實時傳遞獲得。重復(fù)第五段工作方式,完成第二段野外作業(yè)。依此類推,完成全線測量任務(wù)。由于每個點都有兩個不同已知點的實時檢核平差成果,各項精度指標(biāo)均在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi),加上參考站坐標(biāo)傳遞如果存在問題,那么在成批算流動點位的坐標(biāo)差中必然會暴露出來。因此,整個測區(qū)所有點位的WGS84測量成果是一個精度均勻、絕對可靠的、無需進(jìn)行任何內(nèi)業(yè)后處理,只要根據(jù)同平面用高程的已知點位匹配情況進(jìn)行會標(biāo)轉(zhuǎn)換與高程擬合,輸出測區(qū)的點位成果表,根據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)與高程系統(tǒng)輸出相應(yīng)的數(shù)字化地形圖,用于輸出修正后的線路模型,并推算出工程的土石方工作量。下一步就可以進(jìn)入GPS引導(dǎo)下的線路施工、里程樁測設(shè)和竣工驗收。毫無疑問,按新的生產(chǎn)工藝流程將大大縮短道路勘測設(shè)計與施工的周期,降低作業(yè)人員的勞動強度,并有效地降低生產(chǎn)成本。三、提高道路測量水平