高速公路的平面控制復測與數據分析

邵東華

(上海市測繪院，上海200129)

一、測區概況

隨著上海市經濟建設的發展，上海公路仍存在著技術標準低、路網密度低、通行能力低、行車速度低等問題，已不適應上海對外公路交通發展的需要，因此加快滬蘇高速公路(原A16)建設工程是為加速上海公路網建設、提高上海公路網水平、完善公路網創造條件。滬蘇高速公路(原A16)(如圖1所示)是一條連接上海與江蘇的高速公路，其能有效緩解滬蘇主通道的交通壓力，增進長三角的經濟聯動，強化上海與蘇錫常都市圈的橫向聯系。本工程按雙向六車道高速公路標準設計，全封閉、全立交，設計行車速度120 km/h。滬蘇高速公路(原A16)位于上海市青浦境內，起點為滬蘇交界處，一直向東，與G1501(原 A30)相交，至G15(原 A5)高速公路。按照規劃及建設需要，本線路分兩期進行建設，從起點至G1501為第1期，已于2007年立項并進行建設，至2010年年初建設完成;從G1501至G15為第2期，于2011年立項，現完成首次的平面控制測量。

圖1

二、控制測量

1．測前準備

首先確定上海市坐標系作為本項工程的平面坐標系，并根據線位的位置及上海市測繪院建立的永久性虛擬參考站的位置，選定嘉定(GJ03)、青浦(GJ08)和莘莊(GJ09)3個虛擬參考站作為本項工程的GPS平面控制起算點。

根據立項的先后，我院先于2007年進行了本工程從起點至G1501段的GPS平面控制的選點，依據本項工程線狀的特點及GPS控制網的以下布設原則：

1)精度上滿足工程設計和施工階段對控制的要求;

2)密度上滿足施工方進行工程施工放樣的需要;

3)技術上先進、經濟合理，確保成果的正確性、可靠性;

4)點位應選在視野開闊、穩固可靠的地方，便于進行GPS的觀測，有利于點位長期保存，順利進行工程的建設;

5)平面控制網采用線型點對的形式，點位距離為500～700m;

6)每一個GPS點均保證至少有一個方向通視，以便于對GPS網中的點位進行距離檢驗。

對本工程的第1期根據設計的網形及現場實際情況共選取了19個GPS平面控制點，其中8個選在堅固穩定的建筑物的頂面上;8個選在沿線土質堅硬的水泥地上;其余3個為在松軟的土質上建造深埋樁，點位均采用特制的六角螺釘埋設。網形見圖2。GPS控制網的精度參照《全球定位系統(GPS)測量規范》及工程建設的需要，確定布設等級為D級。即：最弱邊相對中誤差≤1/45 000，最弱點點位中誤差≤±3 cm。

圖2 滬蘇高速公路(1期)平面控制示意圖

2．數據采集

本工程的第1期19個GPS點都符合GPS觀測條件且不易被破壞，根據編制的GPS衛星可見性預報圖，選擇最佳觀測時間，采用8臺ASHTECH接收機進行同步靜態觀測，數據采樣間隔為20 s，每個時段長45min。儀器嚴格整平對中，天線高在測前、測中、測后量取3次，較差不超過3mm，取其平均值作為天線高。在整個數據采集過程中，均按照規范操作，所有GPS接收機工作正常，共進行3個時段的觀測，其間聯測并采集了上海市3個VRS基準站(GJ03、GJ08和 GJ09)的數據。

3．數據處理

此次數據處理采用同濟大學的GPS數據處理軟件進行數據處理，其順序為：

首先進行基線解算，其過程是：讀入數據→編輯測站→參數設置→單點定位→組成差分→失周處理→基線解算，整個過程均由軟件自行完成，無須進行過多的人工干涉，只是在修改點名和輸入天線高時避免誤操作。解算出來的基線質量的檢驗是通過RATIO、RMS(其中 RMS≤0。015;RATIO≥60，見表1)及重復基線(基線長度較差在見表2)3個指標來完成的，選取質量合格的基線組成閉合環，本控制網選取136條基線，組成86閉合環，見表 3)

式中，D為相鄰點間距離，平均距離約為500m。按表1，所有基線均為合格基線;按表2，基線長度較差均小于規范規定的范圍內，可以認為所有基線都是可靠的;按表3，所有閉合環的閉合差滿足了規范規定的限差要求，可以認為基線質量是合格的。

表1 基線參數

表2 重復觀測基線長度較差 mm

表3 閉合環參數

其次進行網平差，以上述的兩個基準站作為此次GPS網的起算數據，進行二維約束平差，將WGS-84基準下的大地坐標轉換為上海市平面坐標系;最后進行數據分析，根據網平差的結果，全網19個GPS點的點位中誤差均小于限差要求，所有的數據結果質量都是可靠的。

4．距離檢驗

對于已經解算出的GPS成果，為了保證成果的可靠性，對其成果進行距離的檢驗。本項工程利用Leica TC2003全站儀(標稱精度為±(1 mm+1×10-6D)和與其相配套的棱鏡對GPS控制點相鄰邊進行距離測量。進行距離測量時，要詳細記錄氣溫、氣壓等大氣參數，所測距離應進行氣溫、氣壓的改正和儀器加、乘常數的改正。經過綜合改正的距離與GPS成果反算的距離進行較差比較，用來檢核此次GPS成果的精度。

三、復測數據

應客戶的要求，也為了便于監測此網中點位的變化情況，對此控制網點每年復測1次，至2010年本工程第1期結束，共進行3次復測。其復測數據較差見表4。

表4 GPS點復測數據較差表 cm

從表4可以看出16個GPS點位變化均在2 cm范圍內，說明這些點位變化量在允許的范圍內，可以視為不變的。G3點位于一幢建筑物頂面上，因建造高速立交而被拆除;G13點位于一條道路邊上，因此路翻修而遭到損壞;G9位于農田的田埂邊，因點位邊上施工造成此點位發生偏移，且偏移量超過限差，故而在第2次復測后對坐標進行修正，并對點位進行加固。

根據立項的時間表，本工程從G1501至G15的第2期于2011年開始建設，在2011年2月結束第一次的測量工作，其間這兩期控制網的起算點相同，而其起始的第1個控制點即第1期的最后一個控制點為G19。G19前后兩期坐標見表5。

從表5可以看出，雖然本高速公路分兩期施工，且時間跨度長達4年，但是通過選用相同的起算點及選點的恰當可以順利地進行銜接?？紤]到滬蘇公路第一期建設已經結束，而第2期建設剛開始，此次G19成果采用第2期第1次測量的成果。

表5 G19點兩期坐標數據比較表

四、體會與建議

1)進行高速公路的平面測量時，點位應盡量選在施工范圍之外50m的范圍內，便于施工測量且要容易保護。如果選在松軟的土質上，則建議點位埋設采用埋深樁并應及時交于施工單位以便于保護。

2)高速公路的建設一般都進行分期分段施工，進行測量時要注意與前期施工控制網的銜接，作業時最好選用相同的起算控制點，并有相同的GPS點進行校核。

3)平面復測一般一年進行一次較為適宜，對于破壞的點位如果建設方需要則應該在復測過程中進行補缺，以便于建設方順利進行工程的建設。

4)平面復測成果與前次成果較差值如果在變化量允許范圍之內的，則提供客戶報告成果以不變為宜，如果超出則須對坐標進行修正后提供新成果。

[1]王解先．GPS精密定軌定位[M]．上海：同濟大學出版社，2002．

[2]朱華統、楊元喜、呂志平．GPS坐標系統的變換[M]．北京：測繪出版社，1994．

[3]施一民．現代大地控制測量[M]．北京：測繪出版社，2003．