全球定位系统(GPS)在高速公路测量中的应用
08-22 13:59:36 浏览次数:884次 栏目：工程测量
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机，约20d的作业时间。若采用常规测量方法在相同人手的情况下，至少
需要三个月的时间才能完成。
2.3 GPS测量用于隧道控制测量
在京珠国道主干线粤境高速公路翁城县境内有座靠椅山双洞直线型平
行隧道，初测的左、右洞起讫桩号分别为ZK144+710～ZK147+730，YK144+
730～YK147+740。其洞长分别为3020m和3010m。根据《公路隧道勘测规
程》中对隧道类别划分标准，属公路特长隧道，洞外测量在贯 通面上对
贯通误差影响值限值为±55mm。
靠椅山隧道地处亚热带地区，雨量充沛、荆剌丛生，沟深林密，野外
作业条件十分艰苦，采用常规方法不仅费时费力，而且选点困难，砍伐工
作量大。结合靠椅山地形特征，采用GPS测量，布设了如图2所示的GPS控
制网。
靠椅山隧道控制网由14个点组成，网中最短边长为100.842m，最大边
长为3597.4m，平均边长为1104.848m。
采用Wild 200 GPS接收机进行静态观测，观测时间为20～50min，采
样率为10s，共观测了29条基线向量。
经过平差处理，网中最弱边相对精度为1/60106，最高相对精度达1/
137万；最弱点位中误差为±0.83cm。在贯通面上贯通误差左、右线分别为
±0.707cm和±0.693cm。
通过实施GPS测量可看出：
(1)GPS测量用于隧道控制测量灵活、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。
(2)GPS测量具有极高的精度，它完全能达到《公路勘察规程》对隧道
测量的要求。
(3)GPS测量较红外仪导线测量，可提高效率4～5倍。
2.4 GPS用于特大桥控制测量
鄂黄长江公路大桥是连结长江两岸黄冈市和鄂州市的公路特大桥。为
便于大桥设计和施工，采用GPS对首选方案Ⅲ、Ⅳ桥位进行Ⅲ等平面控制
测量。布网设计方案为双大地四边形(如图3)。垂直于江面的长边约为
1200m，平行于江面的短边约为500m。双大地四边形与两个国家Ⅱ等以上
大地点联测。
经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.93cm，最弱边长相
对中误差1/113000，满足了Ⅲ等平面控制测量的精度要求。
2.5 GPS测量用于导线控制测量
京深高速公路河北境高邑至邢台段地处华北平原，地势平坦，最大相
对高差约20m，平均海拔约50m，境内村庄较多。植被多为小麦及田间行
树。公路及机耕道密集。
采用三台Wild 200 GPS接收机进行导线测量，作业方式采用点连接方
式，三台接收机同时作业。作业完后，向前滚动(如图4)。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示观测的同步环。
在GPS观测之前，已作高精度红外导线测量(EDM)和水准测量。
下面列出同时施测GPS和常规测量的10.88km的比较结果。GPS测量观
测时段7.5min，30历元。边长比较结果如表1。
边长比较表(m)表1
边长
GPS测量
DM测量
差值
C104～C105
739.124
739.080
+0.044
C105～C106
1367.126
1367.153
-0.027
C106～C107
841.091
841.091
0.000
C107～C108
1060.252
1060.270
-0.018
C108～C109
1042.483
1042.485
-0.002
C109～C110
69.650
769.652
-0.002
C110～C111
1031.648
1031.647
+0.001
将GPS测量结果与红外仪导线平差结果比较，得到较差中误差mx=±
0.057m,my=±0.049m,点位中误差为±0.075m。
将GPS测量结果与精密水准测量结果比较，得到高程中误差为±
0.049m。
通过实际测量可看出：
(1)GPS观测时间为7.5min，与常规红外仪测量相比，时间缩短了约
20min，效率为4倍；与全站仪测量相比，时间缩短约8min，效率为2倍。
(2)GPS导线测量可靠性好，平面精度和高程精度均能满足高速公路测
设的要求。
2.6 GPS测量用于摄影测量外业控制点测量
摄影测量一般沿飞行航摄的航线，每隔一定间隔就要在野外实地测量
一定数量的平面和高程控制点(如图5)。野外平高控制点的间隔n按地形类
别及所测地形图的比例尺而定。如1∶2000地形图，摄影比例尺为1∶
10000，间隔n一般为4～6个摄影基线。
常规的野外平高控制点的测量方法是先沿航摄方向布设导线，然后在
此基础上采用支导线方法测定航测象控点。这种方法主要是导线方式测
量。由于航摄面积较广，对23cm×23cm象幅，1∶10000摄影比例尺，覆盖
范围为2.3km宽，双航线覆盖范围更宽，在这广阔范围内进行导线测量，
往往由于实地条件的限制，其作业是相当艰苦的，且工作量大，作业周期
长。
在京珠国道主干线粤境高速公路汤塘至广州北二环段这60km路线的航
测外业中，利用4台TrimbleSE4000接收机，将一台或两台GPS接收机固定
于已知点上，其余GPS接收机游动于像控点进行像控点三维坐标测量。全
线航测像控点测量仅用5d作业时间。
经过平差处理，像控点平面点位精度达到了优于0.10m的精度，最弱
边相对中误差为1/43734。
像控点的高程GPS测量详见2.7中介绍。
由此可见，GPS测量作航测控制，不仅具有高精度，而且具有极大的
灵活性。它改变了逐步控制的测量模式，其效率较常规方法提高5倍以
上。
2.7 GPS测量用于密林、密灌地区路线控制测量
随着经济的发展，高等级公路开始向山区、重丘区岭区拓展。这些地
区人烟稀少，植被茂盛。成片的密林、密灌地区，水平方向通视困难，有
时实施常规测量方法几乎不可能。
在海南中线新建公路海口至屯昌段测设中，自石山至永发镇约20km，
植被覆盖厚，多为有剌密灌、荔枝、龙眼、杂草地，人迹罕见，有多个火
山口。这种地区红外仪导线测量几乎没有可能。为提高高等级公路测设质
量，采用GPS沿路线每隔2km作一对GPS点，这一对GPS点应保证足够的水平
通视距离。
利用这2km一对的GPS通视点，就可在此基础上前后各支出不超过1km
进行放线测设工作，既保证了测设工作的质量，又大大减少了作业的劳动
强度，加快了测设周期。
在海南中线的20km密林密灌测设中，作了11对GPS通视点。采用
TrimbleSE4000单频接收机在每个测站上观测30min，数据采样率为15s，
作业方法是两台接收机处于固定点上，其余接收机游动于密林密灌区的埋
设的通视点上。
经过平差处理，这22个GPS点的最弱点位精度为4.95cm，平均点位精
度为2.85cm，平均边长相对中误差为1/486993。
2.8 GPSRTK用于公路路线中桩实时放样
RTK是指载波相位实时动态差分定位(Real-TimeKinematic)，它是GPS
发展的最新形式。静态GPS测量采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级精
度，但缺点是经过事后处理才知道结果。而RTK通过实时处理即能达到厘
米级精度。
RTK要求一台基准站和至少一台流动站及相配套的数据通讯链。基准
站实时地把测站信息和所有观测值通过数据链传递给流动站，流动站用先
进的处理技术来瞬时求出流动站的三维坐标。
在武汉市机动车驾驶员考练场RTK实时放桩实验中，利用GPS RTK技
术，将事先设计好的路线数据输入控制器中，进行中桩实时放样。
通过武汉市机动车驾驶员考练场的实验，可以看出RTK具有下述优
点：
(1)直接以厘米级精度实时测定中桩位置；
(2)工作人员少；
(3)砍伐工作量少。
但是RTKK技术无法克服上空有遮挡的影响，在这种地区，RTK不能使
用。同时RTK对通讯电源、电台亦有严格要求，对于山体阻挡，如何考虑
数据通讯显得尤为重要。
2.9 GPS测量用于高程控制测量的尝试
高程测量中通常应用的高程系统主要有大地高程系统、正常高系统和
正高系统。大地高程系统是以椭球面为基准的高程系统。正高系统是以大
地水准面为基准的高程系统。由于正高实际上是无法严格确定的，为实用
上的方便，通常采用根据前苏联大地测量学者莫洛金斯基的理论建立的正
常高系统。
计算正常高的精度，主要取决于大地高差和高程异常的精度，而其中
高程异常差的精度与其计算方法及其所利用的资料密切相关。
GPS测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高
程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度
适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高
程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常
，全球定位系统(GPS)在高速公路测量中的应用
机，约20d的作业时间。若采用常规测量方法在相同人手的情况下，至少
需要三个月的时间才能完成。
2.3 GPS测量用于隧道控制测量
在京珠国道主干线粤境高速公路翁城县境内有座靠椅山双洞直线型平
行隧道，初测的左、右洞起讫桩号分别为ZK144+710～ZK147+730，YK144+
730～YK147+740。其洞长分别为3020m和3010m。根据《公路隧道勘测规
程》中对隧道类别划分标准，属公路特长隧道，洞外测量在贯 通面上对
贯通误差影响值限值为±55mm。
靠椅山隧道地处亚热带地区，雨量充沛、荆剌丛生，沟深林密，野外
作业条件十分艰苦，采用常规方法不仅费时费力，而且选点困难，砍伐工
作量大。结合靠椅山地形特征，采用GPS测量，布设了如图2所示的GPS控
制网。
靠椅山隧道控制网由14个点组成，网中最短边长为100.842m，最大边
长为3597.4m，平均边长为1104.848m。
采用Wild 200 GPS接收机进行静态观测，观测时间为20～50min，采
样率为10s，共观测了29条基线向量。
经过平差处理，网中最弱边相对精度为1/60106，最高相对精度达1/
137万；最弱点位中误差为±0.83cm。在贯通面上贯通误差左、右线分别为
±0.707cm和±0.693cm。
通过实施GPS测量可看出：
(1)GPS测量用于隧道控制测量灵活、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。
(2)GPS测量具有极高的精度，它完全能达到《公路勘察规程》对隧道
测量的要求。
(3)GPS测量较红外仪导线测量，可提高效率4～5倍。
2.4 GPS用于特大桥控制测量
鄂黄长江公路大桥是连结长江两岸黄冈市和鄂州市的公路特大桥。为
便于大桥设计和施工，采用GPS对首选方案Ⅲ、Ⅳ桥位进行Ⅲ等平面控制
测量。布网设计方案为双大地四边形(如图3)。垂直于江面的长边约为
1200m，平行于江面的短边约为500m。双大地四边形与两个国家Ⅱ等以上
大地点联测。
经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.93cm，最弱边长相
对中误差1/113000，满足了Ⅲ等平面控制测量的精度要求。
2.5 GPS测量用于导线控制测量
京深高速公路河北境高邑至邢台段地处华北平原，地势平坦，最大相
对高差约20m，平均海拔约50m，境内村庄较多。植被多为小麦及田间行
树。公路及机耕道密集。
采用三台Wild 200 GPS接收机进行导线测量，作业方式采用点连接方
式，三台接收机同时作业。作业完后，向前滚动(如图4)。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示观测的同步环。
在GPS观测之前，已作高精度红外导线测量(EDM)和水准测量。
下面列出同时施测GPS和常规测量的10.88km的比较结果。GPS测量观
测时段7.5min，30历元。边长比较结果如表1。
边长比较表(m)表1
边长
GPS测量
DM测量
差值
C104～C105
739.124
739.080
+0.044
C105～C106
1367.126
1367.153
-0.027
C106～C107
841.091
841.091
0.000
C107～C108
1060.252
1060.270
-0.018
C108～C109
1042.483
1042.485
-0.002
C109～C110
69.650
769.652
-0.002
C110～C111
1031.648
1031.647
+0.001
将GPS测量结果与红外仪导线平差结果比较，得到较差中误差mx=±
0.057m,my=±0.049m,点位中误差为±0.075m。
将GPS测量结果与精密水准测量结果比较，得到高程中误差为±
0.049m。
通过实际测量可看出：
(1)GPS观测时间为7.5min，与常规红外仪测量相比，时间缩短了约
20min，效率为4倍；与全站仪测量相比，时间缩短约8min，效率为2倍。
(2)GPS导线测量可靠性好，平面精度和高程精度均能满足高速公路测
设的要求。
2.6 GPS测量用于摄影测量外业控制点测量
摄影测量一般沿飞行航摄的航线，每隔一定间隔就要在野外实地测量
一定数量的平面和高程控制点(如图5)。野外平高控制点的间隔n按地形类
别及所测地形图的比例尺而定。如1∶2000地形图，摄影比例尺为1∶
10000，间隔n一般为4～6个摄影基线。
常规的野外平高控制点的测量方法是先沿航摄方向布设导线，然后在
此基础上采用支导线方法测定航测象控点。这种方法主要是导线方式测
量。由于航摄面积较广，对23cm×23cm象幅，1∶10000摄影比例尺，覆盖
范围为2.3km宽，双航线覆盖范围更宽，在这广阔范围内进行导线测量，
往往由于实地条件的限制，其作业是相当艰苦的，且工作量大，作业周期
长。
在京珠国道主干线粤境高速公路汤塘至广州北二环段这60km路线的航
测外业中，利用4台TrimbleSE4000接收机，将一台或两台GPS接收机固定
于已知点上，其余GPS接收机游动于像控点进行像控点三维坐标测量。全
线航测像控点测量仅用5d作业时间。
经过平差处理，像控点平面点位精度达到了优于0.10m的精度，最弱
边相对中误差为1/43734。
像控点的高程GPS测量详见2.7中介绍。
由此可见，GPS测量作航测控制，不仅具有高精度，而且具有极大的
灵活性。它改变了逐步控制的测量模式，其效率较常规方法提高5倍以
上。
2.7 GPS测量用于密林、密灌地区路线控制测量
随着经济的发展，高等级公路开始向山区、重丘区岭区拓展。这些地
区人烟稀少，植被茂盛。成片的密林、密灌地区，水平方向通视困难，有
时实施常规测量方法几乎不可能。
在海南中线新建公路海口至屯昌段测设中，自石山至永发镇约20km，
植被覆盖厚，多为有剌密灌、荔枝、龙眼、杂草地，人迹罕见，有多个火
山口。这种地区红外仪导线测量几乎没有可能。为提高高等级公路测设质
量，采用GPS沿路线每隔2km作一对GPS点，这一对GPS点应保证足够的水平
通视距离。
利用这2km一对的GPS通视点，就可在此基础上前后各支出不超过1km
进行放线测设工作，既保证了测设工作的质量，又大大减少了作业的劳动
强度，加快了测设周期。
在海南中线的20km密林密灌测设中，作了11对GPS通视点。采用
TrimbleSE4000单频接收机在每个测站上观测30min，数据采样率为15s，
作业方法是两台接收机处于固定点上，其余接收机游动于密林密灌区的埋
设的通视点上。
经过平差处理，这22个GPS点的最弱点位精度为4.95cm，平均点位精
度为2.85cm，平均边长相对中误差为1/486993。
2.8 GPSRTK用于公路路线中桩实时放样
RTK是指载波相位实时动态差分定位(Real-TimeKinematic)，它是GPS
发展的最新形式。静态GPS测量采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级精
度，但缺点是经过事后处理才知道结果。而RTK通过实时处理即能达到厘
米级精度。
RTK要求一台基准站和至少一台流动站及相配套的数据通讯链。基准
站实时地把测站信息和所有观测值通过数据链传递给流动站，流动站用先
进的处理技术来瞬时求出流动站的三维坐标。
在武汉市机动车驾驶员考练场RTK实时放桩实验中，利用GPS RTK技
术，将事先设计好的路线数据输入控制器中，进行中桩实时放样。
通过武汉市机动车驾驶员考练场的实验，可以看出RTK具有下述优
点：
(1)直接以厘米级精度实时测定中桩位置；
(2)工作人员少；
(3)砍伐工作量少。
但是RTKK技术无法克服上空有遮挡的影响，在这种地区，RTK不能使
用。同时RTK对通讯电源、电台亦有严格要求，对于山体阻挡，如何考虑
数据通讯显得尤为重要。
2.9 GPS测量用于高程控制测量的尝试
高程测量中通常应用的高程系统主要有大地高程系统、正常高系统和
正高系统。大地高程系统是以椭球面为基准的高程系统。正高系统是以大
地水准面为基准的高程系统。由于正高实际上是无法严格确定的，为实用
上的方便，通常采用根据前苏联大地测量学者莫洛金斯基的理论建立的正
常高系统。
计算正常高的精度，主要取决于大地高差和高程异常的精度，而其中
高程异常差的精度与其计算方法及其所利用的资料密切相关。
GPS测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高
程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度
适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高
程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常
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