摘要：随着现代科学技术的发展，测绘行业也有很大的提高。例如GPS测量技术在公路勘测中应用。GPS作业有着极高的精度，它的作业不受环境和距离的限制，非常适用于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。本文结合笔者的实际工作经验，就Gps 在公路勘测设计中的应用进行了深入的探讨，具有一定的参考价值。
关键词：Gps ,公路,勘测设计,应用
1. 前言
近年来，作为国家基础设施的公路建设得到了飞速发展，平均每年开工项目里程接近1500km。为了保障公路的设计优化与合理施工，与之息息相关的测绘工作的重要性不言而喻，然而传统的测绘工作时间长、效率低，同时在网形布设、观测方法、误差控制等方面都存在一定的问题，再加上线路狭长，周围控制点少，给测绘工作带来不便。然而随着现代科学技术的发展，测绘行业也有很大的提高。例如GPS测量技术在公路勘测中应用。
2.道路勘测的工作概述
2.1道路初测
在这一阶段主要是根据批准的《工程项目可行性研究报告》及其审查意见所确定的修建原则和路线基本走向方案，进行实施勘测与调查，包括导线、高程、地形、地质、桥涵、路线交叉、概算资料的测量调查工作，并进行纸上定线，选定路线线位，确定工程构造物布设方案。具体的测量内容有导线测量、水准测量和地形测量。导线测量是为了作线路平面控制测量;水准测量作高程控制测量;地形测量主要是以导线点为依据，测绘线路数字带状地形图。以上传统的测绘仪器，如全站仪、经纬仪、水准仪都可以完成但效率不高。
2.2道路定测
道路定测，即定线测量，是指施工图设计阶段的外业勘测和调查工作。具体任务是根据上级批准的初步计划(或技术设计)，具体核实路线方案，实际标定路线或放线，并进行路线中线、高程、横断面、桥涵、隧道、路线交叉、沿线设施、环境保护等测量和资料调查，为施工图设计提供资料。定线测量，常用方法有穿线交点法、拨角法、解析法、坐标法、直接定交点法等，前四种方法需要有实测导线点，其中坐标法精度最高，解析法次之。直接定交点法需要有明显的地面特征点，放线精度不高。接着便是中线测量、水准测量、最后是纵横断面的侧量，纵横断面图的绘制。
2.3道路施工测量
道路施工测量的主要任务是曲线测设，包括恢复中线测量，施工控制桩、边桩和竖曲线的测设。恢复中线测量后就要进行路基的放样工作;施工控制桩的测设;路基边桩的测设;路基边坡的放样;路面放样和路拱放样。其中最重要的是测定横断面方向，圆曲线横断面方向的测设、缓和曲线横断面方向的测设，竖曲线的测设。
3.道路勘测传统的测量模式
道路勘测传统的测量模式中，测绘需要的工作量大、人员多、测绘工作时间长、效率低、精度不高等。例如，在道路初测阶段的控制测量，大多是利用导线测量，这样选择导线点时要求两导线点通视，首先是水平角的观测，水平角应采用全测回法测量，仪器精度指标不低于DJ6级，施测中每天至少应观测一次磁方位角，其校核差不应大于2º。并且最好与国家平面控制点进行联测，布设为闭合导线。之后利用光电测距仪测取距离，或者用钢尺和基线法测量。内业计算平差处理得到导线控制点坐标。这样效率低，且操作较为麻烦。然而使用GPS做静态控制测量则较为方便简单、效率高，不考虑两控制点间是否通视等。在地形测量中绘制1：1000或1：2000的大比例尺地形图，利用全站仪可以进行数据的采集，但同样较为麻烦且效率低，受地理影响的因素较高，每站的测量范围有限。若GPS RTK测量的作业模式，可实时进行动态的测量，并且受限较小，效率更高。道路的施工放样中测设圆曲线，可用经纬仪和钢尺或全站仪利用极坐标法、直角坐标法、交会法等进行放样。从上可以看出传统的测绘工作时间长、效率低，同时在网形布设、观测方法、误差控制等方面都存在一定的问题，再加上线路狭长，周围控制点少，受限较多，给测绘工作带来不便。
4.GPS静态测量及GPS RTK测量在公路中的应用
4.1 G P S几何定位原理
G P S卫星定位是利用测距交会的原理确定点位。假设在地面上有三个无线电信号发射台，其坐标为已知，用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法，分别测得接收机至三个发射台的距离d1、d2、d3。只需以三个发射台为球心，以d1、d2、d3为半径作出三个定位球面，既可交会出用户接收机的空间位置。反之利用3颗以上的卫星已知位置又可交会出地面未知点(用户接收机)的位置。这就是G P S卫星定位的基本原理-空间距离，后方交会。
4.2 GPS在公路工程中的应用
GPS在公路工程中的应用主要有：GPS作业有着极高的精度，它的作业不受环境和距离的限制，非常适用于地形条件困难地区、局部重点工程地区等;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;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;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。
常规测量如三角测量，导线测量，要求点间通视，费工费时，而且精度不均匀，外业中不知道测量成果的精度。G P S静态、快速静态相对定位测量无需点间通视能够高精度地进行各种控制测量，但是需要事后进行数据处理，不能实时定位并知道定位精度，内业处理后发现精度不合要求必须返工测量。而R T K技术进行控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，这样可以大大提高作业效率。因此，在公路勘测过程的各个阶段及每个阶段中的道路中线放样、横断面、坡角线、占地线放样都得到广泛的应用。
在测量过程中，首先建立一个基准站，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星;另三台接收机装入用徕卡Road Editer软件编辑的线路文件，安置在运动的载体上，在出发点按快速静态相对定位法，静止观测数分钟，以进行初始化;运动的接收机利用GPS中的Roadplus程序定出路线的中桩位置并采集数据。为了保证这种作业模式的高精度，特别是高程精度，测设人员至少保证同步观测四颗以上分布良好的卫星，并在运动过程中保持连续跟踪，同时，运动点与基准站的距离不超过10Km，这样既能实现GPS速度快、精度高，可实现载体的连续实时定位的特点，又能保证定测的中线、横断、桥涵、交叉及路基路面等专业组间的同步，在测量过程中，我们同时用G P S(R T K)对测绘部门提供的控制点成果进行复测，流动站在站5公里范围内，其校核精度在5厘米范围内，5～1 0公里范围内，其校核控制点精度在5～1 0厘米范围内。测量进度视沿线周围环境而定，如地势平坦，树木较稀，人行走较方便，一台流动站一天可完成5～8km的中线测量。测量精度基本满足路线测量精度的要求(中桩平面及高程均在5cm范围内)，我们还采用G P S进行了桥位测量、洪痕水位测量、地物测量以及横断面测量，其精度高、速度快、操作简便、不要求通视等诸多优点极大提高了外业勘测，尤其是山区公路勘测任务的工作效率，大大节省人力资源。
4.3 GPS RTK技术应用
4.3.1大比例尺地形图测绘
高等级公路选线多是在大比例尺(1∶1000或1∶2000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺的地形图。这种方法工作量大、速度慢、花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这些缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力。
4.3.2公路选线与中线放样
在公路选线过程中，工程人员往往要按照勘测设计规范，本着尽量减少占用农田、少拆迁房屋并尽量利用旧路路基这样的原则。为准确设计好道路中线，使其符合设计要求，可以利用GPS RTK技术，用车载GPS RTK接受机做流动站，沿原路中线按一定间隔采集数据，选择另一已知点为参考站，遇到重要地物，准确定位，最后将数据传入计算机，利用AutoCAD软件就可以方便地在计算机上选线。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，只要先输入各主控点桩号(ZH、HY、QZ、YH、HZ)，然后输入起终点的方位角、直线段距离、缓和曲线长度、圆曲线半径，就可以轻松放样，而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用，比起传统的极坐标法要快得多。另外，如果需在各直线段和曲线段间加桩，只要输入加桩点的桩号就可由GPS来完成。
4.3.3道路的纵、横断面放样
纵断面放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。横断面放样时，先确定出横断面的型式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件加以储存，并随时可以到现场放样测设。同时可通过软件自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检测复核，这与传统方法相比，既经济又实用，前景广阔。
4.3.4 通过GPS定位系统技术应用在公路用地面积的确定上，在道路位置的确定，估算工程量，以及对公路周边的农田和道路以及其它建筑物地形图的测量工作，在确定用地界限方面等都可以发挥出它特有的作用。并且在深山中与高建筑群中如果进行一般的测量时其困难是相当大的，但是如果应用GPS定位技术系统便可以直接发挥出其强势的特点，也可以精确的测定用地面积与路线的位置等，与此同时，还可以绘制精密的公路路线地形图和公路路线的平面布置图。并且在公路地形的调查过程当中，应用GPS定位系统的技术还可以加强提高放样点定位的精准度和工作的效率，在很大程度上可以有效的解决因地形图的误差较大以及引线测量定位较大误差的问题。
4.3.5 桥梁结构物放样
对于在大跨径修建的桥梁，采用传统的仪器来定位放样，由于水面宽、雾气大、观测浮标飘忽不定，产生的误差比较大。而GPS-RTK技术采用的是空间三点后方距离交会原理来定位，精度和效率更加高。
4.4 GPS技术在公路勘测设计应用中的优点
4.4.1在进行高程相对较大，测量面积较大地区时，利用常规方法测定这些点的平面位置和高程需要很多过渡点，不仅测量时间周期长，而且测量精度难以保证，另外还会出现不少无检核的支点，已发生错误，利用GPS采集的点，可直接构成网形，精度高、速度快具有较高的可靠性。
4.4.2能够直接获得三维坐标。与传统的测量方法相比,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，从而得到三维坐标。
4.4.3由于野外地形限制，常规测量需要布设多个支点，而GPS测站之间无需通视，使得选点更加灵活方便。
4.4.4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。大量时间证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12x10-6，而在100~500公里的基线上可达10-6~10-7。
4.4.5不受天气影响、作业速度快、灵活，显著的提高了作业效率,大大降低了劳动强度。在短时间内迅速准确的完成野外数据采集工作，为提前工期做出了贡献。
5.结论
通过在公路勘测设计中实施GPS测量可看出：GPS测量灵活、方便、能大大节省人力、物力、减少野外砍伐工作量，减少一些不必要的过渡点;具有极高的精度，它完全能达到《公路勘察规程》对公路测量测要求;较红外仪导线测量，可提高效率4~5倍。诚然，GPS技术如果与传统测量技术结合起来，充分利用各自优点，发挥各自优势，为公路勘测设计提供快速、精确的数据，从而为国家公路发展打下良好基础。
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