淺談山區高等級公路施工控制網布設及測算

于洋 孔慶波

摘 要：山嶺地區山巒起伏、森林茂密、荊棘叢生，導致通視及通行條件極差。因此，山嶺地區的高等級公路工程，一般是由大量的橋梁和隧道工程連接而成，工程復雜，技術難度大，必須要建立高精度的施工測量控制網，滿足工程施工的需要。文章介紹山區公路施工控制網的布設方法，注意事項及測量方法，解算方式。

關鍵詞：山區；高等級公路；施工控制網

1 工程概況

現以某山區高速公路為例，其沿線地形起伏較大，通視、通行條件極為不便，野外作業難度非常大。本標段控制網為獨立坐標系，1985國家高程基準。平面坐標采用四等GPS控制網控制，高程采用四等水準控制。

2 平面控制網的布設及測算

2.1 四等GPS控制點布設

本工程有幾個特點：

（1）呈帶狀不規則區域，起始段呈南北走向，后半段呈東西走向；（2）線路里程較長；（3）沿線森林茂密，地形起伏較大，同時條件極差；（4）沿線周圍已知點較少。

本測區通視條件差，沿線高級控制點稀少，故應按照“整體布局，分級控制”的原則布設四等GPS控制點，作為沿線的首級控制，然后再進行加密控制點的布設。兩個GPS點一般不超過2km，全線布設30個四等GPS控制點，且至少要兩兩通視。GPS控制點應選在土質堅實、穩固，視野開闊，高度角在15°以上范圍內沒有障礙物的地方，附近不能有高壓線，無線電等強烈干擾接受衛星信號的干擾源或強烈反射衛星信號的物體。選取GPS控制點是應該盡量交叉路線進行選擇，不要都在路線的一側布設，來影響定位精度。

2.2 四等GPS控制網的測算

GPS控制測量觀測前，應對接收機進行預熱和靜置，同時應檢查電池的電量、接收機的內存和可存儲空間是否充足，然后安置儀器，量取天線高，觀測時應該同時開機，開始記錄，同時做好測站記錄，包括控制點的點名、接收機的序列號、儀器高、開關機時間等相關的測站信息。四等GPS控制網的觀測時段長度要求是在15～45分鐘，所以我們把觀測時間定位45分鐘，這樣解算的時候可用的同步觀測數據會多一些。

將各GPS點依次相聯組成幾何圖形就能獲得GPS網形。對于GPS控制網宜采用有多個多邊形閉合環組成，且相鄰閉合環之間依邊連接的圖形。在此，每條邊代表兩臺GPS接收機在該邊兩端點上同步連測所得的一個獨立基線向量。如果在一個測段內，同步連測的接收機多于兩臺（設為m臺，m>2），則只能獲得m-1個獨立基線向量。也就是說，在設計的GPS控制網中所包含的任一觀測時段中的獨立基線向量只能使m-1個，多了則參入了不應有的觀測值，少了則錯失了有用的觀測值。為此，在安排觀測計劃時，應根據設計好的網形，決定每測段中基線向量的取舍。以確定GPS網確實是由獨立基線向量所組成的。

在山區高等級公路布設GPS控制網時，每兩個相鄰異步環之間最好還是采用邊連式（兩環之間有兩個公共點），而不宜采用點連式（兩環之間一個公共點）。因為有公共邊毗連的多個閉合環的網形比僅有一個公共點連接的網形具有更高的圖形強度，并且在不增加野外工作量的條件下，卻能獲得相同的多余觀測數。

本標段GPS控制網的解算采用的是中海達數據處理軟件。接收機采用的是的拓普康HiperGB。由于所用的數據處理軟件和接收機不是同一廠商的，所以導出來的原始數據要進行格式轉換。目前，最常用的格式是RINEX格式，中海達數據處理軟件能夠直接處理此格式的數據。解算過程如下：

（1）外業輸入數據的檢查與修改。在讀入了GPS觀測值數據后，就需要對觀測數據進行必要的檢查，檢查項目包括：測站名、點號、測站坐標、天線高等。對這些項目進行檢查的目的，是為了避免外業操作時的誤操作。

（2）設定基線解算的控制參數。基線解算的控制參數用以確定數據處理軟件采用何種處理方法來進行基線解算，設定基線解算的控制參數是基線解算時的一個非常重要的環節，通過控制參數的設定，可以實現基線的精化處理。

（3）基線解算。基線解算的過程一般是軟件自動進行的，無須過多人工干預。

（4）基線質量的檢驗。基線解算完畢后，基線結果并不能馬上用于后續的處理，還必須對基線的質量進行檢驗，只有質量合格的基線才能用于后續的處理，如果不合格，則需要對基線進行重新解算或重新測量。基線的質量檢驗需要通過RATIO、RDOP、RMS、同步環閉合差、異步環閉合差和重復基線較差來進行。

（5）GPS基線網平差。GPS網平差分為無約束平差，約束平差和聯合平差。首先進行三維無約束平差，判斷所構成的GPS網中是否有粗差基線，如果發現含有粗差的基線，需要進行相應的處理，必須使得最后用于構成控制網的所有基線向量均滿足質量要求。調整各基線向量觀測值的權，使得他們相互匹配。然后進行約束平差，制定進行平差的基準和坐標系統，指定起算數據，檢驗約束條件的質量，進行平差解算。

3 高程控制網的布設及測算

3.1 高程控制網的布設

在傳統的道路施工測量中，全站儀主要用于平面測量而高程主要靠水準儀幾何水準測量，近年來隨著全站儀精度的提高，三角高程已經可以取代三、四等水準測量，工程實踐和文獻介紹表明，三角高程甚至有取代二等水準測量的趨勢。這證明道路施工中完全可以用全站儀代替水準儀進行高程測量。本標段就是采用全站儀三角高程測量方法，高程控制網的布設是在平面控制點的基礎上布設成三角高程網，測區的高程系統為1985國家高程基準。

3.2 高程控制網的測算

在測站上安置全站儀，量取儀器高i，在目標點上安置棱鏡，量取棱鏡高t。用全站儀瞄準棱鏡，進行測量，讀取兩點間的水平距離D，高差。盤左、盤右觀測為一測回，一般觀測2～4個測回，取其平均值。然后進行計算。

如圖1所示，設A，B為地面上高度不同的兩點。已知A點高程HA，只要知道A點對B點的高差HAB即可由HB=HA+hAB得到B點的高程HB。

圖1

圖中：D為A、B兩點間的水平距離а為在A點觀測B點時的垂直角i為測站點的儀器高，t為棱鏡高HA為A點高程，HB為B點高程。V為全站儀望遠鏡和棱鏡之間的高差（V=Dtanа）首先我們假設A，B兩點相距不太遠，可以將水準面看成水準面，也不考慮大氣折光的影響。為了確定高差hAB，可在A點架設全站儀，在B點豎立棱鏡桿，觀測垂直角а，并直接量取儀器高i和棱鏡高t，若A，B兩點間的水平距離為D，則hAB=V+i-t。

故 HB=HA+Dtanа+i-t

這就是三角高程測量的基本公式，但它是以水平面為基準面和視線成直線為前提的。因此，只有當A，B兩點間的距離很短時，才比較準確。當A，B兩點距離較遠時，就必須考慮地球彎曲和大氣折光的影響了。所以為了消除地球曲率與大氣折光的影響，我們進行對向觀測，來使其相互抵消。這樣，就可以根據上面的計算公式算出兩點之間的高差，再算出高差閉合差之后，把高差閉合差根據水平距離平均分配到每段觀測高差里，從而計算出各個點之間的改正后的高差，根據已知點的高程推算出未知點的高程。

4 結束語

在高山密林地區進行高等級公路施工控制測量時，應該應用GPS技術結合常規的測量技術，來充分發揮各自的長處，優勢互補。為了保證平面控制的精度，應適當限制導線的長度，在現在GPS技術廣泛應用的今天，是既省時省力，又能提高精度的可行方案。對于長隧道，特大橋等工程應當在建立統一控制網的基礎上，建立獨立的控制網。

參考文獻

[1]李青岳，陳永奇.工程測量學[M].北京：測繪出版社，1995.

[2]工程測量規范[M].（GB50026-2007）中國計劃出版社，2008.

[3]孔祥元.控制測量學[M].北京：測繪出版社，1991.