全球导航卫星系统GNSS技术在公路工程路面测量中的应用

胡伟1

成都市交通规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都， 610094

摘要：高速公路路面施工是施工的最后一个环节，也是最重要而关键的一个环节，外观的平整直接影响行车的舒适性及视觉效果。因此，对施工放样的精度要求要比路基施工阶段高。在工程测量中应用GNSS技术，将有利于直接推动高速公路工程测量质量的全面提升。本文通过GNSS测量技术的特点，将其静态控制测量和动态测量应用于高速公路路面工程进行探讨

关键词: 测量技术；GNSS；公路工程

对于高速公路路面测量来说，原有的测量技术受自然因素的限制程度较高（如跨河流大桥、隧道等），并且测量精度较低，因此无法满足日益增高的测量要求。GNSS技术应用于高速公路测量使该项测量工作获得了技术性的飞跃，并且给测量行业注入了新鲜的活力。本文首先介绍GNSS技术的特点。论述其在高速公路路面测量中的具体应用^[1]。

1 GNSS技术原理及特点

GNSS是全球导航卫星系统，是通过导航卫星发射信号，接收机接收卫星信号来实现定位。作为用户来说，使用接收机作业即可，静态控制测量最少需要3台接收机联测，多则不限。动态碎步测量分一台基准站，若干个移动站组合作业^[2]。其特点是：

（1）测量的精度高。通过使用GNSS测量技术所建立起来的大地控制网，解算独立型基线矢量以及各站同步的观测卫星，在实行网平差时，基本上不会受到传算的误差影响。如果设置成没有固定点型的自由网，则可以更好地避免有可能产生的传算误差，进而提高测量的精度。

（2）观测时间短。测站的观测时间都是由GNSS进行控制的，满足高速公路控制的观测时间大于或等于30min。

（3）操作简单方便。现在的GNSS接收机越来越小，智能操作也越来越简单，这就无需严格要求观测人员的技术水平。测量过程中，仅需将天线进行对中，再整平，然后量取天线的高度，最后打开仪器电源切换到相应的工作模式即可以自动进行检测，对相关数据进行处理后，便可得出后测点的三维坐标。

（4）测量站之间无须通视。GNSS的特点便是测量点之间的无须通视，可以更加灵活方便的选择通视点，为了保证信号的接受效果，最好选择地点宽阔的地方作为测量站点。

（5）全天候作业。GNSS不受时间的影响，晚上也可以观测，对于赶工期的时候有很大的帮助。

（6）提供三维坐标。GNSS测量在求得转换参数以后，可以实时得到测量点的平面坐标和拟合高程。

（7）用GNSS没有累积误差^[3]。

2 GNSS导航系统的基本原理

GNSS导航系统定位的基本原理是卫星发射信号，接收机接收信号，利用发射信号的速度和发射到接收的时间，计算出卫星到接收的距离，对于一颗卫星来说，同一个距离确定的点位位置是一个球面，两颗卫星能确定的点位位置就形成一个椭圆，3颗卫星就能确定两个点位位置，4颗卫星就能准确的确定点位。

3 GNSS在高速公路路面测量中的具体应用

3.1 高速公路路面加密控制点上的应用

在四川省某公路工程LM2合同段路面施工中，路基单位将部分设计院提供的测量控制点破坏，保留的点又彼此不通视，另外本标段特长大桥隧道较多（有三角枢纽主线桥616m、禾上阁大桥570m、茶场大桥665m、元善枢纽互通立交主线桥2560m、金花隧道长4747m等）的情况，为了节省作业时间，不影响正常施工，这时为了保证平面控制网的精度符合要求，必须采取措施加密控制点，通过GNSS静态数据采集，将采集到的数据做网平差处理后得到的平面控制网就能满足精度要求。相比于常规的测量方法，GNSS测量技术应用于控制点的加密能够极大地提高效率。

GNSS平面控制网采用GNSS外业观测以后，再用随机后处理静态解算软件处理;基线处理的基本步骤是先进行基线解算，把基线全部解算合格，把闭合环也全部解算合格。

3.2 路面放线

路面中线放样是道路测量的重要环节，GNSS实时动态测量技术的测量效果明显优于一般的测量技术。设计人员要先在地形图上完成定线，然后在公路中线地面上进行标注。随后就可以运用GNSS实时动态测量技术，在GNSS电子手簿中新建对应的工程项目，在项目中新建道路平纵曲线文件，根据工程等级自行选择交点法或者线元法录入。参照设计图纸选定对应的坐标系统和中央子午线。系统则能够自动进行放样点的定位。在定位过程中，每一个点都相对独立，因此生成的数据都是每一个点的实时坐标，每一个点的精度也都相同。

高速公路路面除了直线以外还有曲线，GNSS手簿中的道路软件在调用输入好的平纵曲线文件后可以轻松的实时道路放样。比传统的放样设备效率高，也更好的控制施工线性。因此在对曲线路段进行定位测量时，只需要操作人员手持移动站根据需要适当加密放样点位。此种测量只需要获得容易测量的数据，就能够计算出难以测量的数据。GNSS实时动态测量技术进行中线放样时与常规方法有很大的区别，不仅能够准确获得所需测量的数据，还能够简化测量工序，提高测量的效率。

3.3 路面横纵断放样

路面的横纵断放样，利用GNSS手簿自带的路线设计软件，把平断面、横断面和纵断面参数设计参数输入到软件中，类似于在软件中把整条线路三维建模，需要放样的点位在操作手簿上都有直观的图形显示，方便的同时保证了精度。

4 在高速公路路面测量中GNSS技术的应用前景

随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，高速公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持，随着我国国民经济的快速增长，我国的高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求;建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节，是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。

在目前的技术条件下引入GNSS技术应当是首选，测量技术的进步在于设备引进和技术改造。利用GNSS测量能克服上述列举的缺陷，并减轻劳动强度，提高作业的效率，保证了高速公路的测量质量。

5 结合RTK－实时动态测量

RTK就是基站放那里不动，收集误差产生的原因，通过电台或者网络把产生误差的原因发送给流动站，从而流动站得到实时的精确坐标。无论用手机卡也好、外挂电台也好、内置电台也好，都是一种差分信号(也可以理解为误差产生的原因)的传输工具。

随着科学技术的不断发展，RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统WADGNSS，有些城市建立起COＲS系统，这就大大提高了RTK的测量范围，当然在数据传输方面也有了长足的进展，电台传输发展到现在的GPＲS和GSM网络传输，大大提高了数据的传输效率和范围。在仪器方面，不仅精度高而且比传统的ＲTK更简洁、容易操作。

6 结语

（1）GNSS作业有着极高的精度，能够提供mm级的控制测量精度，cm级的放样精度，满足施工放样的精度要求。

（2）GNSS测量可以大大提高工作效率。它不受人为因素的影响、不受地形限制、不受距离限制。

（3）GNSSＲTK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。

（4）GNSS测量可以不需要点与点之间互相通视，就可以避免更多的砍伐。一般GNSS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上，极大地降低劳动作业强度。

（5）GNSS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GNSS测量应用的重要领域。GNSS技术在高速公路路面测量中的应用是外业测量中的一项重大革新，其应用领域在不断扩展，完善与成熟的技术足以应对各种复杂条件下的高速公路路面测量工作。

参考文献：

[1]徐贵南.GPS在公路工程控制测量中的应用.铁道勘测与设计,2010.

[2]谷东博.谈谈高速公路测量中GPS的应用.城市建设理论研究,2012(20).

[3]朱之安,李文军.GPS在公路扩建工程测量中的应用研究.科技致富向导,2011(14).

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