GPS在高速公路平面控制测量中的应用研究

吉林交通科技　２０１６年第４期　啦　业　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＦ　ＪＩＬＩＮ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　交通工程　带带带：　带　ＧＰＳ在高速公路平面控制测量中的应用研究　周去非　贵州省安顺公路管理局（安顺５６１０００）　【内容摘要】修建高速公路时，为保证高速公路建设工程高质量完成，需要建立完善的控制网，其中使　用ＧＰＳ定位功能辅助建立平面控制网是常见的方法，文章重，占’介绍静态ＧＰＳ定位和控制网设计，并详细分　析ＧＰＳ定位技术应用于公路工程平面控制网中的误差，侧重分析投影面和投影带的选取，希望为高速公路　建设提供帮助。　【关键词】ＧＰＳ平面控制测量基线解算平差精度　随着科学技术的发展，现在人们出行都有代步　工具，并且ＧＰＳ定位技术的使用使得人们能够去任　何一个陌生的地方，随着对ＧＰＳ资源的深入研究，　其现在已经被用于多个领域，例如商业领域、民用领　域等，在高速公路建设中有较多的使用。对于ＧＰＳ　技术在测绘中的使用主要体现在地壳变形测量、地　壳运动监测、大地测量、控制测量、工程测量、工程变　形监测、地籍测量、地图测绘、航空摄影和海洋测绘、　运载工具导航和管制、资源勘察中。静态ＧＰＳ定位　主要包括静态绝对定位和静态相对定位两种，在高　速公路平面控制网设计中也应用广泛，其原理在本　文有详细的讲解，但是介于篇幅限制，对于控制网分　级、选点与埋石未进行详细叙述，并在误差分析中主　要分析投影带与投影面选取中的误差，起始数据误　５结论　的限制来综合的考虑和衡量。采取对路面、环境不会　产生影响的防滑材料进行养护作业是长久之计。　参考文献　５．１理想的冬季桥面防滑材料外观具有棱角，　防滑材料的直径小于３ｃｍ，防滑材料的性能不要过　于坚硬，为砂、碎石的一半左右，材料比重应大于１，　１杜雪松，谢晓东等．不同冰雪路面状态下的　抗滑特性研究一低温建筑技术．２０１２年第１０期ｌ一３，　共３页　并具有易与冰面结合、粘附、防滑作用时间４ｈ以上　等特性。　２洪丹，余文科．凝冰状态下粗糙路面抗滑效　５．２理想的冬季桥面防滑材料结构具有孔隙，　酸碱度呈中性，摩擦系数为结冰路面的三倍即达到　０．３５以上，物质组成中氯化物、重金属的含量应符合　土壤和地下水环境指标要求。　５－３冬季桥面防滑材料提倡结冰前科学撒布方式　总之，冬季除雪防滑工作做为桥梁养护的重中之　重，选择的方式和方法，以及选择的材料，要根据经济　的发展水平，当地的气温和气候条件，以及公路情况　果分析．交通科技与经济一２０１０年第２期８６—８８，共　３页　３王超．公路用融雪剂对沥青混凝土性能胡影　响研究．北方交通一２０１５年１期７９—８２，共４页　４马辉，杨若冲，钱口智．沥青路面除冰雪技术　研究．东南大学学报：英文版一２０１４年３期３３６—３４２，　共６页　（收稿１３期：２０１６．１０．１５）　周去非：ＧＰＳ在高速公路平面控制测量中的应用研究　２０１６年第４期　差和模型已经研究的比较完善了，在数据库可以检　索到完善的资料。　１静态ＧＰＳ定位的基本概念　静态ＧＰＳ定位的基本概念包括静态绝对定位、　静态相对定位和伪距测量定位原理三方面，因为本　求等因素，经过综合分析和实地考察得以确定。　ＧＰＳ测量时使用的是ＷＧＳ一８４大地坐标系统，　当该坐标系统经过调整与需要测量的平面坐标系重　叠时，测量区域内部的投影长度变形值在２．５ｃｍ／ｋｍ　以下，在具体测量中坐标系选择还需要考虑测量地　区的位置与地面的平整度，测量被测量地区中投影　长度变形值大小，综合这两种因素确定所选坐标系，　具体表现如下：　文主要内容中只涉及到前两部分，因此笔者重点介　绍静态绝对定位和静态相对定位两个基本概念。　１．１静态绝对定位　绝对定位又称为单点定位，主要是指测定卫星　与观测站之间的距离，根据已知卫星瞬时坐标，经过　计算确定观测站的位置，其主要依据的是测量学中　的空间后方交会原理。对于现在的科学技术而言，对　一当投影长度变形值≤２．５ｃｍ／ｋｍ时，测量时的坐　标系选用高斯正形投影３。带平面直角坐标系；当　投影长度变形值＞２．５ｃｍ／ｋｍ时，测量时的坐标系选　用公路抵偿坐标系，其选用方式有多种，但是在将　ＷＧＳ一８４大地坐标系统调整转变到公路抵偿坐标系　时涉及到测量多个技术参数，一是参考椭球及其相　应的基本参数，其中包括有中央子午线经度值和纵　横坐标的加常数值两种；二是测量投影面正常值；三　个观测点进行绝对定位需要同时已知四颗卫星瞬　时坐标，才能准确确定观测站的三维定位坐标，并获　得接收机４个未知参数，因此当接收机静止不动时，　绝对定位测定方法又可定义为静态绝对定位，可以　连续多次测定卫星与观测站之间的距离，提高测量　值的准确性。绝对定位缺少多组数据对比，因此大气　折光和卫星钟差等原因造成的误差就难以被消除，　是测量被测量地区平均高程异常值；四是测量起算　点坐标及起算方位角等，对于其他参数值，例如该坐　标涉及到的椭圆中心、椭圆的轴向和椭圆的扁率等　必须严格参照国家指定的测量数据进行布局。　如果建设公路的路线较长时，需要将公路可视　分成多个投影带，在投影带的交界处设置一对相互　现在技术人员只能通过建立相应的模型来降低误　差，因此也造成静态绝对定位目前只能精确到厘米　位置。　通视的ＧＰＳ观测点；公路建筑前测量时，其测量网　设计与主测量网设计一同进行，但是如果该特殊构　１．２静态相对定位　静态相对定位一般是以载波相位观测量为基准　值，其测量过程是将多台ＧＰＳ接收机分别安装在不　同的观测站上，并且接收机固定不变，多部接收机同　时观测一个ＧＰＳ卫星，确定观测站在空间中的相对　位置，除此之外，根据该方法还能确定各个观测站的　造的测量网等级要求高时，将以其测量网为设计主　线，再扩展建设其他测量控制网。本文侧重点在ＧＰＳ　在高速公路平面控制测量中的应用，因此当ＧＰＳ控　制网作为公路首级测量网时，需要增加他的测量方　法同时使用，增加测量精度，并且在公路线上每隔　５ｋｍ设置两个相互通视的ＧＰＳ观测点，但是当公路　施工的控制网直接为ＧＰＳ控制网时，必须保证每个　ＧＰＳ观测量至少与一个相邻的观测量通视。　ＧＰＳ控制网中包含一个或者多个独立的观测　环，且有较多的闭合条件，当ＧＰＳ控制网由非同步　ＧＰＳ观测边构成多边形闭合环或附合路线时，其边　数应符合下列规定：一级ＧＰＳ控制网不宜超过５条，　二级ＧＰＳ控制网不宜过６条，并且一级和二级ＧＰＳ　基线向量。使用静态相对定位的方法使得造成误差　的因素再多对数据组合计算下也能减弱或消除，例　如卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、电离折射　误差和对流层折射误差等在多对数据的的作何下其　影响程度就得以降低或消除，提高接收机定位准确　度。相对测量定位测量精度是目前所有测量方法中　精度最高的一种测量方法，但是载波相位观测量需　要连续跟踪卫星运行过程，根据测得频率、速度等值　通过计算获得准确结果，操作较复杂，成本也较高。　２控制网设计　控制网的内部线路以网连式或者边连式连接；一般　采用三级ＧＰＳ控制网不宜超过７条，四级ＧＰＳ控制　网不宜超过８条，并且三级和四级ＧＰＳ控制网的内　在编写ＧＰＳ控制网技术设计书时除了简述操　部线路以铰链导线式或点连式连接；不论是哪一级　ＧＰＳ控制网，其内部都不会出现自由基线。　高速公路建设中ＧＰＳ控制网设计中应该考虑　作方法以外，其中涉及到的具体测量过程应该结合　公路等级、沿线地形地物、作业时卫星状况、精度要　３１　２０１６年第４期　周去非：ＧＰＳ在高速公路平面控制测量中的应用研究　到其应该与附近等级高的国家平面控制网点联测，　联测点数至少在三个以上，ＧＰＳ控制网线路越长，联　测点数量越多，联测点在高速公路建设段分布均匀，　并且在投影带的交界处必须设置一个联测点，能很　好地控制整个工程测量环节。ＧＰＳ点需要进行高程　联测时，将ＧＰＳ点与水准点重叠或者将ＧＰＳ点与水　准点进行联测来达到目的，根据地理环境合理安排　联测点的位置，保证各级ＧＰＳ控制网的高程联测应　３．１投影带的选取　现在高速公路建设的控制网设计中一般使用国　家３。带高斯投影，既保证测得的数据能多次使用，　也可以将控制网系统连接上国家建设系统中，提高　测量精度，但是当测量归算边两端的平均值Ｙｍ偏　大时，其测量的结果需要进行处理才能被使用，并且　高斯投影存在长度变形的确定，其变形大小随投影　带的不同而不同，可控性差，所以选择投影带是要对　不低于四等水准测量的精度要求。　所有因素进行综合考虑。本文以中央子午线为例，进　３　ＧＰＳ定位技术应用于公路工程平面控制网中的　行详细介绍。　误差分析——投影带和投影面的选取　从某一个公路建设工程中选取已经测量两点　Ｇ４２１和Ｇ４２０的坐标为例，在子午线为１０５。、　综上所述，将ＧＰＳ定位技术应用于高速公路平　１０２。及１０２。３０　处进行投影计算，其参考的计算公　面控制测量中具有测量精度高、速度快等特点，ＧＰＳ　式为：　测量在后期处理数据时，根据国家的相关规定，将大　地测量控制网测得的数据与椭圆参考模型相结合，　△Ｓ　ｖｍ　ｓ　２Ｒ　配以高斯投影中６。带或者３。带处的计算方式进　行计算，这样能够将所有的结果进行统一，能够进行　比较和共享，但是在实际测量工程中，任务繁重，既　其中　为相对投影变量，Ｒ　为参考椭圆球　“　要求绘制大比例地图，又要根据地理环境准备各种　面平均曲率半径。　工具等。因此目前对于如何选择投影带和投影面，保　其中在选取的工程中，参考椭圆球面平均曲率　证测量工作高效、低耗的进行还没有制定一个具体　半径Ｒ　为６３７５９００ｍ，算出其投影长度变形大小如　的措施，本文笔者结合实际例子进行分析，探讨在进　表１。　行ＧＰＳ二维约束平差时关于投影带、投影面的选取　从表１中可以看出，中央子午线经度不同，投影　等问题。　变形不同，且相差很大，因此在实际测量中应该科学　表１　不同投影带选取下的投影变形对照表　表２边长对照表　３２　周去非：ＧＰＳ在高速公路平面控制测量中的应用研究　２０１６年第４期　合理的选取投影带。目前一般选用某点的平均中央　子午线为测量地区的中央子午线，这样虽能缩小投　控制点被破坏，因此需要结合航测图，单独定义一个　影变量，但是与国家坐标系相差较大，测量的数据不　能多次重复使用，并且如果（ｙｍａｘ—ｙｍｉｎ）２≤４ＲＨ　且　ＨＪＲ≤１／１００００时，该工程将不能使用该测量方法，　需要选择投影面进行补偿。　３．２投影面的选取　独立的坐标系统，航测图使用的是１９８０年西安坐　标，国家６。带高斯投影，结合相关的技术参数进行　平差。对于这个工程，设定ＧＰＳ控制网中的Ｇ４２０为　那个独立的坐标系统，在ＷＧＳ一８４坐标系统中的三　维坐标是（１０２。３６　０５．９９５９７　Ｅ。２７。４７　３５．８３２０２”Ｎ）．　其经度接近于１０２。，因此选用的中央子午线为　在进行工程测量时，测量地区的平均高程偏大，　投影面高程设置不合理，则投影变形较大。因此笔者　１０２。，将数据和各个参数带人公式中，算得Ｈ值为　１　７３４．９３９，并根据其他方法计算出各基线边平差后　的边长、相对误差等，主要数据见表２。　在本文分析测量地区的平均高程偏大，没有获得高　程补偿时的误差情况。　首先设定测量地的平均高程为２５００ｍ，使用如　下归算边的相对变形公式：　Ｈ　从表中的数据可以分析出选取合适的投影带和　投影面经过平差计算得到ＧＰＳ边长和全站仪实测　边长之间的差距很小，有些几乎是相等的，而且最弱　边Ｇ４２１一Ｇ４１９的绝对误差为０．０３３４，相对误差为　Ａ　Ｓ一１／１６２１４＜１／１００００，符合国家在共建设中的需求。　４结束语　一丁一—　一　综上所述，根据ＧＰＳ的静态绝对定位和静态相　式中：　Ｈ。　一归算边高出参考椭球面的平均高程；　ｓ一归算边的的长度；　对定位，在高速公路建设中将ＧＰＳ资源用于平面控　制平面检测中，可以快速确定其中中央子午线，通过　误差分析，促进选取合适的投影面和投影带。本文中　关于ＧＰＳ控制网点设计中的选点与埋石、观测、分级　Ｒ－一归算边方向参考椭球法截弧的曲率半径。　测得归算边的长度Ｓ＝６３７８１４０，因此归算边的　相对变形大小为１／２５５　１。这个值远远大于工程需求，　因此如果测量地区的平均高程较大，需要选取合适　的投影高程进行补偿，也可以选取一个确定点的点　坐标，带人综合投影变形公式：　ｆ　２　＼　等未做简述，因为能在数据库中检索出最详细的资　料，关于平面控制网中的误差分析，本文鉴于篇幅限　制没有分析不同模型对测量结果的影响、起始数据误　差等，这些都能找到详细资料，笔者在未来研究中会　对ＧＰＳ进行进～步研究，也希望有更多的人参与。　参考文献　１程景龙．ＧＰＳ在公路工程控制测量中的应用　『Ｊ１．黑龙江交通科技，２００７，１２．　２张水华．ＧＰＳ定位技术在公路控制测量中的　ＡＳ：Ｓｆ＼　＋　ｌ　２Ｒ。Ｒ／　式中：　ｙ　归算边两端点横坐标自然值的平均数；　Ｈ。　一归算边高出参考椭球面的平均高程。　令△ｓ＝０时，计算得到　最后将测量得到地面的实际距离带入的高程面　上计算即可。　３．３工程例子　已知某工程位于东经１０２。３５　，北纬２７。４８　。被　测面积为６平方公里，长约１２ｋｍ。在该工程检测中　采集到航测图三张和国家控制点三个，但是这三个　应用研究　科技资讯，２００８，２８．　３张可．ＧＰＳ技术在公路控制测量中的应用ｆＪ１．　中国新技术新产品，２０１０，２３．　４黄煊南．深度探讨基于ＧＰＳ技术的南宁某公　路平面控制测量方法『Ｊ１．科技资讯，２０１０，２６．　（收稿日期：２０１６．５．２０）