熊井刚
五矿二十三冶建设集团有限公司，海南省 海口市，570000
摘要：针对公路工程平面控制测量，在简述GPS测量主要特点的基础上，结合某公路工程实例，对GPS技术具体应用进行深入分析。分析和计算结果表明，GPS测量结果真实准确，所用GPS技术合理可行，在公路工程中大范围推广应用，可有效提高公路测量技术水平。
关键词：公路测量；平面控制测量；GPS技术
引言
公路工程平面控制测量对公路工程建设有重要作用与意义，但采用传统测量方法已经很难满足工程建设要求。GPS技术的出现和应用为公路工程的平面控制测量提供了新的技术解决方案，能在保证测量结果准确度的基础上，加快工作效率，降低人员的劳动强度。
1 GPS 测量主要特点
就目前来看，GPS已经在我国很多领域得到渗透和应用，从测量行业角度，GPS的出现和应用可谓是一次技术革命，相较于传统测量方法，GPS测量具有下列特点：
（1） 无通视要求。测点间的通视始终是测量专业的难题，但采用GPS测量时无通视要求，能从根本上解决这一问题，使选点更为灵活与便利。但测站的上空要尽可能开阔，避免卫星信号正常接收受到影响与干扰[1]。
（2） 定位精准。在双频接收机支持下，基线解精度不低于5mm+1ppm，而在红外测距仪支持下，标称精度不低于5mm+5ppm，两者的精度相当，但伴随距离不断延长，GPS所具有的优越性越来越突出。
（3） 观测时间相对较短。如快速相对定位，其观测时间仅为几分钟。
（4） 可提供实时三维坐标。采用GPS测量，能在对测站所处平面位置进行准确测定的基础上得出观测点对应的大地高。
（5） 操作便利。GPS测量具有自动化特点，实时观测时现场人员仅需完成仪器布置与按钮操作，确定仪器高，观察仪器状态，主要观测任务均由仪器完成，彻底解放人员双手，使其能将更多的精力放在其他方面。
（6） 支持全天候连续作业。在任何一个地点与时间段都能连续施测， 基本不会被天气等因素限制和影响[2]。
2 公路平面控制测量对GPS 的应用
2.1 工程概况
某公路工程全长163km左右，本次测量的范围是其两侧带状区域，测区中交通条件较差，大部分地段只有简易便道，使测量难度增加。测区平面主要采用二级控制，测量等级为D级，其中，一级为GPS首级控制，而二级采用I级导线。按照设计要求，测点需布置在与公路中心线相距50～200m的位置，理论上按5km的间距布置通视点，I级导线点布设在两侧50～200m之内，按800m的距离进行交叉布设，使测定放样达到要求。除此之外，应对桥隧进行适当的加密布点。公路所处地带一般为带状走廊，其平面控制测量以导线测量为主，如常见的附合导线、闭合导线，针对比较重要的构筑物，包括桥梁与隧道等，还需采用三角网等其他形式。路线控制测量时，常规方法存在下列问题：
（1） 附合或闭合导线实际长度都有明确的要求，高等级公路工程需达到一级导线标准，基于此，导线长度应控制在10km以内，而结点导线，其结点之间的距离应控制在附合导线长度70%以内，该要求在实践中较难达到，会出现超规的情况；
（2） 在路线测量控制过程中使用的起算点之间通常难以保持同一个测量系统，不同类型的控制点相互混杂，就涉及系统兼容性方面的问题，但基础控制点很多都是在20世纪五六十年代完成的，某些点为符合经济要求会被破坏，或由于保护意识不到位产生人为破坏现象，若在这些地区开展测量工作，通常难以确定导线联测点，对路线控制测量结果的实际质量造成影响；
（3） 地面通视难度相对较大，对常规测量有很大影响。
一般控制点主要布设于和路线中心线之间的距离不超过300m的位置，考虑到通视条件难以满足，尤其是在植被覆盖比较密集的地区，无法开展常规控制测量工作；
（4） 路线上的桥隧工程测量等级一般很高，采用常规测量方式时，只能通过费时费力的方法保证精度，并且隧道与桥梁所在地区的地形相对复杂，若采用常规方法测量，为达到通视条件和网形要求，要进行大量的砍伐作业，不仅会使测量费用增加，还会增大操作难度；
（5） 长度较大的桥隧，其控制网和路线网之间的衔接虽然可采用平差的方法解决，但由于地形上往往存在困难，会大幅增加联测工作量，实际操作很不方便。另外，实际操作中，构筑物或构造物与路线的控制测量很容易产生脱节的情况。以上缺陷和问题都可以采用GPS克服，加快作业效率，降低劳动强度，提高实际的测设质量。
2.2 布网和观测
根据设计要求，在测区中共设置77个GPS点和194个I级导线点。GPS网采用四边形进行连边推进。各闭合环当中通过一个以上异步边；I级导线采用在GPS网上起闭的附合线路来设置。考虑到测区中现有成果资料相对较少且十分陈旧，在整条线路的两侧仅可以找出3个导线点，处于线路两端与中间，与GPS网进行联测。在外业测量时，利用GPS接收机实
施，该接收机的标称精度能达到5mm+1ppm，按照有关规定，可参照星况预报制定观测计划，在要求的时间段内实施观测，观测时间按20min控制。由于测点中部分点位的所处条件较差，因此实际的观测时间稍有延长。
2.3 计算和成果分析
2.3.1 基线预处理
基线的处理采用专门软件进行，从不同方面入手对基线精度进行检定。在GPS网当中，共有40个闭合环，其中，同步环的坐标增量闭合差结果为：闭合差＜0.5cm的环数为14，占比为35%，闭合差在0.5～1.0cm范围内的环数为6，占比为15%，闭合差在1.0～1.5cm范围内的环数为16，占比为40%，闭合差在1.5～2.0cm范围内的环数为2，占比为5%，闭合差＞2.0cm的环数为2，占比为5%；异步环的坐标增量闭合差结果为：闭合差＜1.0cm的环数为13，占比为32.5%，闭合差在1.0～2.0cm范围内的环数为13，占比为32.5%，闭合差在2.0～3.0cm范围内的环数为3，占比为7.5%，闭合差在3.0～4.0cm范围内的环数为6，占比为15%，闭合差在4.0～5.0范围内的环数为2，占比为5%，闭合差＞5.0cm的环数为3，占比为7.5%。从以上结果可以看出，同步环95%的闭合差都在2cm以内，只有两个同步环的闭合差超过2cm，相对闭合差在5ppm以内；而异步环90%的闭合差都在5cm以内，有三个异步环的闭合差超过5cm，相对闭合差也不超过5ppm。复测边绝对较差在2.11cm以内，平均值0.98cm。在I级导线中，共有194 个闭合环， 其相对较差等于18.07ppm， 平均值为10ppm，90%以上的闭合环闭合差在5cm以内，相对闭合差比10ppm小得多，表明以上观测成果准确、可靠。
2.3.2 平差计算
平差计算均采用专门的软件进行，在测区线路两侧的3～8km范围内共有22个不同系统对应的二等点，因施测时间过长，标志破坏严重，很多标石都已经丢失。测区中只有3个导线点，通过检查，其点位准确无误[7]。在平差计算中，使用上述导线点，三维约束平差计算确定各项结果。完成平差后，GP15为最弱点，定位中误差等于3.88cm，平均值为2.43cm，中误差在1～2cm范围内的点数为33，占比45%，中误差在2～3cm范围内的点数为26，占比35%，中误差在3～4范围内的点数为15，占比20%。完成对GPS网的平差之后，以GP53-GP51为最弱边，边长的相对中误差等于19.10ppm，平均值为3.15ppm，中误差＜1ppm的点数为8，比率为60%，中误差在1～5ppm范围内的点数为84，比率为63%，中误差在5～10ppm范围内的点数为31，比率为23%，中误差＞10ppm的点数为11，比率为8%。相对中误差在10ppm以上的，均为短边。
3 结论
（1） 借助GPS技术设置的控制网，除点位的布置较为灵活，还能简化网形结构，保证成果的准确性，其定位精度较其他方法高得多，可以较好地满足工程建设要求。
（2） 在GPS测量过程中基本无需使用过渡点，同时也无需过多考虑通视条件，在此情况下开展长距离观测时，相较于采用测距仪进行的测量，GPS测量更具优势。
（3） GPS测量具有自动化特点，可降低人员劳动强度，提高工作效率，尤其是在高山峡谷等条件比较复杂的地区，采用GPS技术所能带来的效益是十分明显的，应引起相关人员的高度重视，在公路工程的测量工作中广泛应用。
参考文献：
[1] 谢勇. GPS 技术在公路平面控制测量中的应用[J]. 中国新技术新产品，2020（3）：97-98.
[2] 杨秀禄. GPS 技术在大面积地形图平面控制测量中的应用[J]. 工程建设与设计，2018（14）：279-280.