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摘要：随着社会的发展与进步，重视GPS在高速公路测绘与应用具有重要的意义。本文主要介绍GPS在高速公路测绘与应用之的有关内容。
关键词 高速；公路；测绘；应用；技术；软件；
Abstract: With the development and progress of society, attention to the GPS mapping and application of the highway is of great significance. This paper describes the GPS in highway mapping and application of relevant content.
Keywords high speed; road; Surveying and Mapping; application; technology; software;
中图分类号：P2 文献标识码：A文章编号：
引言
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。为保障公路的设计优化与合理施工，与之息息相关的基础测绘控制测绘工作的重要性不言而喻。
1、公路工程测绘的任务与测绘技术的发展要求
1.1公路工程测绘的任务与作用
每项工程建设都必须以社会与经济效益为依据进行规划设计，测量工作是工程建设中的一项最基础的工作，在道路、桥梁、隧道工程建设中起着重要的作用。通过观察和走访，可以对公路所在地区的工程地质条件进行综合性的地面研究。公路工程地质测绘的目的在于查明公路走廊范围内的地形、地貌、地质条件，并结合区域地质资料。对路基、桥梁、隧道及其他结构物的稳定性、适宜性做出评价，为工程地质勘探、测试工作及工点布置提供依据。比如为取得一条最经济、最合理的路线，我们首先需要进行路线勘测，绘制带状地形图，进行纵、横断面测量，进行纸上定线和路线设计，并将设计好的路平面位置、纵坡及路基边坡在地面上标定出来，以指导施工，当路线跨越河流时，拟设置桥梁跨越之前，应测绘河流两岸地形图，测定桥轴线的长度及桥位处的河床断面，桥位处的河流比降，为桥梁方案选择及结构设计提供必要的依据，当路线纵坡受地形限制，采用避让山岭绕线平面线形不能满足规范要求，而选用隧道方案时，测定隧道进出口大比例尺地形图，为隧道洞口布置选择提供必要的数据。同时要查明岩土成因、性质、厚度、时代和分布范围；调查岩层产状。确定地质构造类型、软弱结构面的产状及其性质；调查新构造活动的痕迹、特点和与地震活动的关系。
1.2公路工程测绘技术的发展要求
上述公路工程测绘的任务与要求也必然引起现代测绘工程技术设计发生相应的变化，并表现出新的特点：与传统的设计方法不同。现代测绘技术设计方法的要求是动态设计、优化设计和计算机辅助设计，它与科学技术革命带来的思维方式变革和技术对象的复杂性密切相关。数据设计成为测绘重要的组成部分。由于数据获取的手段发生了变化，测绘工程中每个环节都存在着大量的数字数据，对这些数字数据的储存、管理和传递、使用也就必然成为现代测绘工程中一个组成部分，客观上要求技术设计必须进行数据设计。同时技术设计更加专业化。随着科学技术的发展，导致了学科分化的发展，因此对个人而言，胜任与测绘有关的所有领域内工作，已经不再可能。因此，一个工程的技术设计也就必然细分为多个专业设计，由多方面的技术设计人员共同完成。
2、传统测绘
(1)一般高速公路首先考虑求近、不影响居民用地、避开市区等问题，其质量、性能为高速公路的基本条件，为保证道路的畅通．无阻，往往需要考虑在车载时车种的不同、车辆体积载重量地盘不同、有些甚至是超长、超重车种。
(2)传统测量需要派出许多勘探小分队进行徒步勘察费工、费时，工作量大非常辛苦，由于各类地区地形图更新较慢，图上的小路、村路和简易公路变化较大，有蝗小路、村路变成了公路或简易公路，有蝗以被破坏不能通行，在这种情况下执行选址勘探任务需要大量的人力、物力、时间才能弄清楚当地的地址、地貌情况，原有的测绘方法开销大，效率低。过去地图版本陈旧，实效性差，不能及时反应道路更新情况，地图往往是少计或不全，如沟渠．道路坡度等标往测绘部门不能及时反馈所需要的数据，更难以提供现实的道路属性数据，如道路的质量、位置、两侧地形，路宽涵洞是否有塌方，道路转弯半径最大坡度等决定高速公的重要数据，由于国民经济发展很快，高速公路每年递增必须要有现代化的道路测绘保障设备。
3、采用GPS测绘道路自动化系统
(1)先进的卫星定位系统能将高速公路的各种重要地质属性进行详细介绍，在进行少量的后期处理后．就可得道路电子地图能够用比传统方法少的多的时间完成测绘工作，大大减少了测绘人员劳动强度、省力、高效、省时，准确。
(2)GPS自动测量系统，从而具备了快速测量的手段，道路测绘系统能够通过道路就立即可以获取此道路的三维坐标地址、转弯半径、坡度等重要数据，大大提高了高速公路的建设。
(3)GPS可以精确的测绘所需要的高速公路地质、地貌相关数据。常用的方法多采用边角网，采用GPS定位的方法建立工程控制网，采用点位选择限制少，作业时间短，成果精度高，工程费用低等优点，可应用于建立工程手机控制网，工程勘探、施工控制网，隧道、高速公路前期数据应用GPS技术。建立控制网，通常采用载波相位，静态分技术，以保证达到毫米级的精度，采用GPS技术建立道路测量、施工控制和隧道勘探，具有横向很窄，纵向很长的特点，采用传统的三角锁、导线方案，多数需要分段施工避免误差积累过大。
4、GPS应用的问题
(1)在实践中充分验证了GPS测绘的优越性，但在工程施工和后继工程建设中凸显了一些不足，這些问题及GPS测量中应注意的事项。
(2)原使用的仪器，进行控制一样，无论使用静态GPS或动态GPS进行控制测量，首先符合起算基准点的精度，起算点应为高等级控制点，并且为起算基准点和观测点，三间具有较好的位置分布。
(3)GPS测量更实用视野开阔，无不良障碍物和野外测量定位，如遇高压线及干扰，使用GPS测量根本接受不到信号，虽然接到信号一直处于浮动状态，不能固定或者出现假固定，要么根本读不出数据，有时读数据但误差较大，这样毫无效率可言，又无精度，体现不出GPS的优越性。
5、GPS路线控制测绘量等级的测定
(1)实用GPS进行路线测量，首先应根据路线确定GPS控制网，公路GPS控制量分为：一级、二级、三级、四级，对大型桥梁和隧道工程的控制网应采用一，二级精度等级，三级可作为高速公路路线的首级控制网，四级控制网可作为高速公路的施工控制网、控制点间的平均距离以500m为适宜，在具体的布设中可以分级布设也可以越级布设，也可以同级布设，布设的全面网。
(2)应用GPS进行路线控制测量。GPS接收机是完成任务的关键设备，使用时必须对其性能与可靠性进行检验，检验内容包括一般性检验、通电检验和实测检验。近几年国内引进了许多种GPS接收机，就频率而言，大致可分为单频和双频两类。其中，双频接收机的优点是点间距离不受限制，边长大于20km时可基本上消除电离误差对点位坐标的影响。此外，在快速静态和动态测量中，能快速地解算整周模糊值，从而使观测时间比单频机少，但价格较高，用于精密相对定位时双频机精度可达5mm+lppm尹(D为基线长度，km)，单频机的精度在一定距离内精度一般可达10mm+2ppmD，因此一般在基线较长和应用快速定位模式测量时可采用双频接收机，其它对一般公路控制测量可采用单频机。
6、软件与GPS的结合
(1)今年来随着软件的发展，GPS定位，为确定两点间的基线向量，有多重测量模式可供选择，采用哪种GPS作业模式与要求到精度地形及拥有设备情况有关，根据控量的特点。
(2)静态定位作业模式。采用两台或两台以上的GPS接收机，分别安置在不同控制点上设站构成基线，对4颗以上卫星进行一个时段的同步观测。每个时段长约45min至1．5h，以正确确定再波相位的整周未知数No，所有已观测基线应组成一系列的闭合图形，以利于外业检核提高成果的可靠度。这种模式基线的相对定位精度可达5mm+IppmD。此模式精度高完全可以满足各级路线控制测量的要求。
(3)快速静态定位作业模式。在测区中选择一基准站并安置一台接受机连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次在各待定点上设站。由于采用了一种快速解算整周未知数的算法，每点只观测数分钟，使作业效率大为提高，但应注意待定点与基准点间距离不应超过20km，观测时段内应保证有5颗以上的卫星可供观测，由于两台接收机工作时构不成闭合图形，不能进行闭合差检验，可靠性较差，不宜用于对测量精度有特殊要求的桥梁，隧道等特殊构造物的测量控制网。此作业模式特别适用于短基线的测量及工程控制点的加密定位，且采用双频接收机效果更佳。
7、现代测绘技术在公路勘测中的应用实例分析
某十条高速公路采用1：2000 数字地形图（DLG）测图和DEM、DOM的制作。主要工作流程：选像控点（用1：10000地形图）；- 空三加密- 建立模型- 正射影像- 外业像控- 空三加密- 建立模型-内业测图-外业调绘-内业编辑（数字化成图）- DEM 制作。我们采取了在1：10000地形图上以航飞像片每六条基线量取两个明显地物点的坐标，作为像控点使用，进行空三加密（平面和高程误差放宽到5m）、模型定向、测量特征线、物方相关、得到像对的DEM 成果、再创建像对DOM、最终以整公里数为单位镶嵌成条带状正射影像图。在制作过程中，他们根据不同地形采取了不同方法。为了保证影像的精度，每个像对测量特征线。特征线采集越多精度越高，但所需时间就越长，就不能保证按时提交成果。这时他们从两种地形中各选取了几个像对，在测量特征线时，平坦地区用非相关区包围整个像对，直接用物方生成DEM来得到正射影像，丘陵地区只把居民区作为非相关区处理，经过像方相关和物方相关来得正射影像，通过拼接发现最大误差不到5m。这样整个测区200多公里的线路采取了两种方法按线路走向拼接成26幅正射影像图，在最短的时间内为用户提供了高质量的正射影像圖。同时他们严格按照《公路摄影测量规范》执行，无论是区域网布点还是单航线布点，每条航线的基数不超过4条。利用像控成果内业用自动空中三角测量软件GXP- AAT，在JX4C 全数字摄影测量工作站上采取半自动作业方式进行空三加密。根据加密成果在JX4C 上利用测图模块进行模型定向，测绘地形图。矢量测图模块是JX4C 最有优势的模块，它可以使矢量图形叠加至影像立体上去，并可以放大缩小漫游，为DLG 的立体套合查漏创造了有利条件，提高了作业效率，保证了产品质量。然后外业进行调绘，补绘航内漏绘、无法定性及难以准确判读的地物。内业再按调绘信息，完成数字化地形图编辑。
结束语
总之，在进行公路基础控制测绘时如果处理不当势必会对公路的设计、施工、运营带来不利影响。随着社会经济的发展，通过上述现代技术与常规测绘设计技术的紧密结合，才能使公路测绘实现快速优化成为可能，对提高人类利用、改造、美化环境的水平，对促进人类的进步具有重要意义。
参考文献
[1]JTJ- 06199． 公路勘测规范[M]． 中华人民共和国交通部，2000．
[2]公路工程地质劫察规范(JTJ O64- 98)[M]．北京：人民交通出版社，1999．
[3]潘正风，杨正尧．数字测图原理与方法[M]．武汉：武汉大学出版社，2002．
[4]董绪荣．一种低成本GPS 组合导航定位系统[J]．指挥技术学院学报，2000，(10)．
[5]张相芬，袁信．自适应卡尔曼滤波在组合导航中的应用[J]．舰船导航，2003，(3)．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词 高速；公路；测绘；应用；技术；软件；
Abstract: With the development and progress of society, attention to the GPS mapping and application of the highway is of great significance. This paper describes the GPS in highway mapping and application of relevant content.
Keywords high speed; road; Surveying and Mapping; application; technology; software;
中图分类号：P2 文献标识码：A文章编号：
引言
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。为保障公路的设计优化与合理施工，与之息息相关的基础测绘控制测绘工作的重要性不言而喻。
1、公路工程测绘的任务与测绘技术的发展要求
1.1公路工程测绘的任务与作用
每项工程建设都必须以社会与经济效益为依据进行规划设计，测量工作是工程建设中的一项最基础的工作，在道路、桥梁、隧道工程建设中起着重要的作用。通过观察和走访，可以对公路所在地区的工程地质条件进行综合性的地面研究。公路工程地质测绘的目的在于查明公路走廊范围内的地形、地貌、地质条件，并结合区域地质资料。对路基、桥梁、隧道及其他结构物的稳定性、适宜性做出评价，为工程地质勘探、测试工作及工点布置提供依据。比如为取得一条最经济、最合理的路线，我们首先需要进行路线勘测，绘制带状地形图，进行纵、横断面测量，进行纸上定线和路线设计，并将设计好的路平面位置、纵坡及路基边坡在地面上标定出来，以指导施工，当路线跨越河流时，拟设置桥梁跨越之前，应测绘河流两岸地形图，测定桥轴线的长度及桥位处的河床断面，桥位处的河流比降，为桥梁方案选择及结构设计提供必要的依据，当路线纵坡受地形限制，采用避让山岭绕线平面线形不能满足规范要求，而选用隧道方案时，测定隧道进出口大比例尺地形图，为隧道洞口布置选择提供必要的数据。同时要查明岩土成因、性质、厚度、时代和分布范围；调查岩层产状。确定地质构造类型、软弱结构面的产状及其性质；调查新构造活动的痕迹、特点和与地震活动的关系。
1.2公路工程测绘技术的发展要求
上述公路工程测绘的任务与要求也必然引起现代测绘工程技术设计发生相应的变化，并表现出新的特点：与传统的设计方法不同。现代测绘技术设计方法的要求是动态设计、优化设计和计算机辅助设计，它与科学技术革命带来的思维方式变革和技术对象的复杂性密切相关。数据设计成为测绘重要的组成部分。由于数据获取的手段发生了变化，测绘工程中每个环节都存在着大量的数字数据，对这些数字数据的储存、管理和传递、使用也就必然成为现代测绘工程中一个组成部分，客观上要求技术设计必须进行数据设计。同时技术设计更加专业化。随着科学技术的发展，导致了学科分化的发展，因此对个人而言，胜任与测绘有关的所有领域内工作，已经不再可能。因此，一个工程的技术设计也就必然细分为多个专业设计，由多方面的技术设计人员共同完成。
2、传统测绘
(1)一般高速公路首先考虑求近、不影响居民用地、避开市区等问题，其质量、性能为高速公路的基本条件，为保证道路的畅通．无阻，往往需要考虑在车载时车种的不同、车辆体积载重量地盘不同、有些甚至是超长、超重车种。
(2)传统测量需要派出许多勘探小分队进行徒步勘察费工、费时，工作量大非常辛苦，由于各类地区地形图更新较慢，图上的小路、村路和简易公路变化较大，有蝗小路、村路变成了公路或简易公路，有蝗以被破坏不能通行，在这种情况下执行选址勘探任务需要大量的人力、物力、时间才能弄清楚当地的地址、地貌情况，原有的测绘方法开销大，效率低。过去地图版本陈旧，实效性差，不能及时反应道路更新情况，地图往往是少计或不全，如沟渠．道路坡度等标往测绘部门不能及时反馈所需要的数据，更难以提供现实的道路属性数据，如道路的质量、位置、两侧地形，路宽涵洞是否有塌方，道路转弯半径最大坡度等决定高速公的重要数据，由于国民经济发展很快，高速公路每年递增必须要有现代化的道路测绘保障设备。
3、采用GPS测绘道路自动化系统
(1)先进的卫星定位系统能将高速公路的各种重要地质属性进行详细介绍，在进行少量的后期处理后．就可得道路电子地图能够用比传统方法少的多的时间完成测绘工作，大大减少了测绘人员劳动强度、省力、高效、省时，准确。
(2)GPS自动测量系统，从而具备了快速测量的手段，道路测绘系统能够通过道路就立即可以获取此道路的三维坐标地址、转弯半径、坡度等重要数据，大大提高了高速公路的建设。
(3)GPS可以精确的测绘所需要的高速公路地质、地貌相关数据。常用的方法多采用边角网，采用GPS定位的方法建立工程控制网，采用点位选择限制少，作业时间短，成果精度高，工程费用低等优点，可应用于建立工程手机控制网，工程勘探、施工控制网，隧道、高速公路前期数据应用GPS技术。建立控制网，通常采用载波相位，静态分技术，以保证达到毫米级的精度，采用GPS技术建立道路测量、施工控制和隧道勘探，具有横向很窄，纵向很长的特点，采用传统的三角锁、导线方案，多数需要分段施工避免误差积累过大。
4、GPS应用的问题
(1)在实践中充分验证了GPS测绘的优越性，但在工程施工和后继工程建设中凸显了一些不足，這些问题及GPS测量中应注意的事项。
(2)原使用的仪器，进行控制一样，无论使用静态GPS或动态GPS进行控制测量，首先符合起算基准点的精度，起算点应为高等级控制点，并且为起算基准点和观测点，三间具有较好的位置分布。
(3)GPS测量更实用视野开阔，无不良障碍物和野外测量定位，如遇高压线及干扰，使用GPS测量根本接受不到信号，虽然接到信号一直处于浮动状态，不能固定或者出现假固定，要么根本读不出数据，有时读数据但误差较大，这样毫无效率可言，又无精度，体现不出GPS的优越性。
5、GPS路线控制测绘量等级的测定
(1)实用GPS进行路线测量，首先应根据路线确定GPS控制网，公路GPS控制量分为：一级、二级、三级、四级，对大型桥梁和隧道工程的控制网应采用一，二级精度等级，三级可作为高速公路路线的首级控制网，四级控制网可作为高速公路的施工控制网、控制点间的平均距离以500m为适宜，在具体的布设中可以分级布设也可以越级布设，也可以同级布设，布设的全面网。
(2)应用GPS进行路线控制测量。GPS接收机是完成任务的关键设备，使用时必须对其性能与可靠性进行检验，检验内容包括一般性检验、通电检验和实测检验。近几年国内引进了许多种GPS接收机，就频率而言，大致可分为单频和双频两类。其中，双频接收机的优点是点间距离不受限制，边长大于20km时可基本上消除电离误差对点位坐标的影响。此外，在快速静态和动态测量中，能快速地解算整周模糊值，从而使观测时间比单频机少，但价格较高，用于精密相对定位时双频机精度可达5mm+lppm尹(D为基线长度，km)，单频机的精度在一定距离内精度一般可达10mm+2ppmD，因此一般在基线较长和应用快速定位模式测量时可采用双频接收机，其它对一般公路控制测量可采用单频机。
6、软件与GPS的结合
(1)今年来随着软件的发展，GPS定位，为确定两点间的基线向量，有多重测量模式可供选择，采用哪种GPS作业模式与要求到精度地形及拥有设备情况有关，根据控量的特点。
(2)静态定位作业模式。采用两台或两台以上的GPS接收机，分别安置在不同控制点上设站构成基线，对4颗以上卫星进行一个时段的同步观测。每个时段长约45min至1．5h，以正确确定再波相位的整周未知数No，所有已观测基线应组成一系列的闭合图形，以利于外业检核提高成果的可靠度。这种模式基线的相对定位精度可达5mm+IppmD。此模式精度高完全可以满足各级路线控制测量的要求。
(3)快速静态定位作业模式。在测区中选择一基准站并安置一台接受机连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次在各待定点上设站。由于采用了一种快速解算整周未知数的算法，每点只观测数分钟，使作业效率大为提高，但应注意待定点与基准点间距离不应超过20km，观测时段内应保证有5颗以上的卫星可供观测，由于两台接收机工作时构不成闭合图形，不能进行闭合差检验，可靠性较差，不宜用于对测量精度有特殊要求的桥梁，隧道等特殊构造物的测量控制网。此作业模式特别适用于短基线的测量及工程控制点的加密定位，且采用双频接收机效果更佳。
7、现代测绘技术在公路勘测中的应用实例分析
某十条高速公路采用1：2000 数字地形图（DLG）测图和DEM、DOM的制作。主要工作流程：选像控点（用1：10000地形图）；- 空三加密- 建立模型- 正射影像- 外业像控- 空三加密- 建立模型-内业测图-外业调绘-内业编辑（数字化成图）- DEM 制作。我们采取了在1：10000地形图上以航飞像片每六条基线量取两个明显地物点的坐标，作为像控点使用，进行空三加密（平面和高程误差放宽到5m）、模型定向、测量特征线、物方相关、得到像对的DEM 成果、再创建像对DOM、最终以整公里数为单位镶嵌成条带状正射影像图。在制作过程中，他们根据不同地形采取了不同方法。为了保证影像的精度，每个像对测量特征线。特征线采集越多精度越高，但所需时间就越长，就不能保证按时提交成果。这时他们从两种地形中各选取了几个像对，在测量特征线时，平坦地区用非相关区包围整个像对，直接用物方生成DEM来得到正射影像，丘陵地区只把居民区作为非相关区处理，经过像方相关和物方相关来得正射影像，通过拼接发现最大误差不到5m。这样整个测区200多公里的线路采取了两种方法按线路走向拼接成26幅正射影像图，在最短的时间内为用户提供了高质量的正射影像圖。同时他们严格按照《公路摄影测量规范》执行，无论是区域网布点还是单航线布点，每条航线的基数不超过4条。利用像控成果内业用自动空中三角测量软件GXP- AAT，在JX4C 全数字摄影测量工作站上采取半自动作业方式进行空三加密。根据加密成果在JX4C 上利用测图模块进行模型定向，测绘地形图。矢量测图模块是JX4C 最有优势的模块，它可以使矢量图形叠加至影像立体上去，并可以放大缩小漫游，为DLG 的立体套合查漏创造了有利条件，提高了作业效率，保证了产品质量。然后外业进行调绘，补绘航内漏绘、无法定性及难以准确判读的地物。内业再按调绘信息，完成数字化地形图编辑。
结束语
总之，在进行公路基础控制测绘时如果处理不当势必会对公路的设计、施工、运营带来不利影响。随着社会经济的发展，通过上述现代技术与常规测绘设计技术的紧密结合，才能使公路测绘实现快速优化成为可能，对提高人类利用、改造、美化环境的水平，对促进人类的进步具有重要意义。
参考文献
[1]JTJ- 06199． 公路勘测规范[M]． 中华人民共和国交通部，2000．
[2]公路工程地质劫察规范(JTJ O64- 98)[M]．北京：人民交通出版社，1999．
[3]潘正风，杨正尧．数字测图原理与方法[M]．武汉：武汉大学出版社，2002．
[4]董绪荣．一种低成本GPS 组合导航定位系统[J]．指挥技术学院学报，2000，(10)．
[5]张相芬，袁信．自适应卡尔曼滤波在组合导航中的应用[J]．舰船导航，2003，(3)．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。