基于沈陽某公路工程測量案例的線路控制測量技術研究

摘 要:本文基于筆者多年從事工程測量的相關工作經驗，以沈陽某公路工程測量為工程背景，探討了該工程中線路控制測量的相關關鍵技術，論文首先分析了公路工程控制測量現狀，進而探討了GPS控制測量的實施步驟，在此基礎上，筆者結合具體的工程案例探討了GPS公路工程控制測量方法，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對同行能有所裨益。

關鍵詞:GPS 公路 控制測量 精度

中圖分類號:TB22文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0090-02

1 公路工程控制測量現狀探討

在公路工程中首先引入GPS的是公路控制測量。公路控制測量是路線勘測設計的基礎，隨著高等級道路的興建，對路線勘測提出了更高的要求，由于線路長且己知點少，因此，用常規手段不僅布網困難而且難以滿足高精度的要求，而GPS高精度的特點正好可以滿足這一要求。從上個世紀90年代中期，許多公路工程部門開始了GPS定位技術在公路控制測量中的應用和研究。如應用GPS進行了控制測量的技術并在新疆烏奎高等級公路、江蘇徐連高速公路、江蘇寧通公路、云南元磨公路進行了有益的實踐。廣東長大公路工程有限公司開展了GPS水準測量在高程控制測量中的應用研究。目前國內己逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網，如在滬寧高速公路，青銀高速公路，廣惠高速公路等公路控制測量中得到廣泛應用。

此外，在隧道外控制、特大橋梁的施工，也需要高精度控制測量。GPS技術也同樣應用于特大橋梁和隧道貫通的控制測量中，由于無需通視，可構成較強的圖形結構特別是對常規測量中無檢核的支點的量測提供了方便。在江陰長江大橋的建設過程中就應用了GPS技術對常規精密邊角網進行檢測。首先用常規測量建立了高精度的邊角網，然后利用GPS技術對該網進行檢測，GPS檢測網達到了毫米級精度，與常規測量的結果符合較好，取得了較好的效果。長梁山隧道貫通的洞外控制測量采用了GPS定位技術進行施測。杭州灣大橋項目也采用了GPS定位技術。

在公路控制測量中通常采用靜態相對定位技術，也就是至少有兩臺GPS接收機同時觀測，經處理后可以精確獲得兩點的三維坐標差，根據其中一點的坐標可推算出另一點的坐標。由于靜態相對定位精度高，因此廣泛應用于大地測量、形變監測等高精度測量領域。同樣靜態相對定位技術將在相當廣泛的范圍內逐步地取代以往的常規測量方法廣泛應用于公路控制測量中，如用于建立路線精密控制網、橋隧精密控制網等。隨著應用理論研究的深入以及作業規范的建立和完善，靜態相對定位技術將會更好的為公路工程中的控制測量服務。

2 GPS控制測量

GPS控制測量工作與經典大地測量工作相類似，按其性質可分為外業和內業兩大部分。其中:外業工作主要包括選點(即觀測站址的選擇)、建立觀測標志、野外觀測作業以及成果質量檢核等;內業工作主要包括GPS測量的技術設計、測后數據處理以及技術總結等。如果按照GPS測量實施的工作程序，則大體可分為這樣幾個階段:技術設計;選點與建立標志;外業觀測;成果檢核與處理。

作業方法:

采用兩臺(或兩臺以上)接收機，分別安置在一條(或數條)基線的端點，根據基線長度和要求的精度，按GPS測量系統外業的要求同步觀測四顆以上的衛星數時段，時段長度根據測量等級確定。

定位精度:

基線測量的精度可達±(5mm＋1ppm×D)，D為基線長度，以公里計。

作業要求:

采取這種作業模式所觀測的獨立基線邊，應構成閉合圖形(如三角形、多邊形)，以利于觀測成果的檢核，增強網的強度，提高成果的可靠性和精確性。適用范圍:

建立國家大地控制網(二等或二等以下);

建立精密工程控制網，如橋梁測量、隧道測量等;

建立各種加密控制網，如城市測量、工程點測量、道路測量、勘界測量等;

觀測中至少跟蹤四顆衛星，同時基線邊一般不要超過15km;

注意事項:所有已觀測基線應組成一系列封閉圖形，已利于外業檢核，提高成果可靠度。

GPS測量是一項技術復雜、要求嚴格、耗費較大的工作，對這項工作總的原則是，在滿足用戶要求的情況下，盡可能地減少經費、時間、和人力的消耗。因此，對其各階段的工作都要精心設計和實施。

3 工程概況與GPS點的布設實施

某公路是連接沈陽與齊齊哈爾等城市的重要通道。該公路拓寬改建工程全長18．07公里，拓寬后的道路從原先的雙向4車道改建為雙向8車道。本工程基礎平面控制采用GPS測量，按照《公路勘測規范》(JTC C10-2007)中四等網技術標準實施。以二等點“G2035、G2015”作為起算點進行布網。

設計GPS網的精度為四等，結合本工程的具體情況，沿線路走向布設GPS點，GPS網采用邊連式，組成網中的基線有一定數量的多余觀測，以增強成果的可靠，取“G2035、G2015”兩點作為四等GPS控制網的起算點，以取得了可靠的坐標轉換參數。

根據線路情況，GPS首級網擬布設成帶狀大地四邊形鎖的形式，點對點之間相互通視。平均400～500米左右布設1對GPS點。全線共布設107點四等GPS控制點。

控制點均選擇在施工紅線之外且滿足通視要求和相對穩定。點位選設時避免了各種電磁波對GPS衛星信號的干擾、以及因施工的影響而產生點位的變動。控制點分布均勻，相鄰邊長之比小于1/2。

(1)GPS坐標系統及起算依據。

GPS測量采用坐標系為深圳城市坐標系(參考1954北京坐標系轉換;1954年北京坐標系為北京54橢球;

(2)四等GPS控制網的主要技術指標:

每對相鄰點的平均距離1(km);固定誤差≤5mm;比例誤差≤3ppm;

最弱相鄰點的相對中誤差為1/35000

4 GPS觀測

4.1 使用儀器

使用6臺Ashtech型靜態單頻GPS接收機(標稱精度為5mm+1ppm)進行GPS網野外數據采集。

4.2 作業時基本技術要求

衛星截止高度角≥15°;同時觀測有效衛星數≥4;平均重復設站數≥1.6;同時觀測有效衛星數≥4;時段長度≥60min;數據采樣率(S)≤30s。

4.3 觀測方式

每時段觀測均量取天線高兩次，其互差不超過3mm，取平均值作為最后天線高。

4.4 外業數據檢核

(1)同一時段觀測值的數據剔除率不易大于10％;

(2)重復基線的測量差值ds;

(3)各級GPS網同步環閉合差需符合下式規定:

(4)各級GPS網異步環或符合路線坐標閉合差需符合下式規定:

(5)無約束平差中，基線分量的改正數的絕對值需符合下式規定:

式中:n-閉合環邊數，σ-儀器的標稱精度。

5 GPS內業解算

5.1 數據后處理

(1)GPS觀測數據內業編輯輸入相關點位信息后，采用接收機配備的商用軟件Ashtech solutions 2.5進行基線解算，保證每一條基線都求出整周模糊度。(2)重復基線較差和非同步環閉合差的檢核仍按外業基線檢核時的要求進行。

5.2 網平差

(1)對整網進行無約束平差并檢核GPS網的觀測質量。以所有獨立基線組成閉合圖形，以三維基線向量及相應方差協方差陣作為觀測信息，以網一點的WGS-84系三維坐標作為起算依據，進行全網無約束平差。(2)對整網進行二維約束平差。以深圳市平面控制網GPS點“G2015、2035”作為起算數據，對控制網進行二維約束平差計算。

6 GPS精度評定

6.1 環閉合差統計(表1)

6.2 基線殘差統計(表2)

6.3 平面平差基線相對精度統計(表3)

6.4 gps點位中誤差統計

100%的點位精度在1.0cm以內，其中46%精度小于0.5cm。

以上充分說明觀測數據合格，基線解算質量良好，GPS網的測量精度滿足四等要求。

7 結語

隨著城市建設規模日益擴大，今后遇到高速公路拓寬改建的項目會越來越多，在保證工程進度及精度要求下，如何將GPS技術在大型工程施工控制中靈活運用是一個只得探討的課題。通過本工程的實踐筆者得到如下一些體會。

(1)GPS觀測受到各種外界因素的影響，有可能產生粗差和各種隨機誤差，為了對GPS觀測成果進行質量檢查，保證成果的可靠并恰當地評定精度，就要求由非同步獨立觀測邊構成閉合環或符合線路。作業時不應將非獨立邊作為獨立觀測邊處理，更不能將同步閉合環當作非同步閉合環。(2)對GPS網進行圖型設計時，應使閉合環的邊數小于規范的規定，僅允許個別閉合環的邊數等于規范的邊數，為了使外業觀測有計劃的進行，避免GPS獨立邊選擇的隨意性，便于及時檢查觀測結果。宜按設計網圖選定GPS獨立邊，必要時，在經過技術負責人審議后，可根據具體情況作適當調整。

參考文獻

[1]周忠漠，易杰軍，周琪.GPS衛星測量原理與應用.測繪出版社，北京，1995.

[2]張雨化.公路勘測設計.沈陽:人民交通出版社，1986.