GPS測量技術在高速鐵路施工控制網中的應用研究

摘要：從選擇控制點與埋設標石、控制網數據加密測量等方面詳細闡述了GPS測量技術的應用方法，以新建贛州至深圳客運專線工程一個標段施工為例，制定了測量目標，提出了測量方法。測量結果表明：應用本文所述GPS測量技術，能夠減少控制點之間的邊長誤差，滿足精度要求。在施工過程中能夠精準進行放樣與測量，體現了GPS測量技術的高可靠性。

關鍵詞：施工控制網；GPS測量技術；標石；基線解算

0" "引言

隨著國家高速鐵路建設的快速發展，高速鐵路的工程質量不斷提升，高速鐵路的施工環境持續改善，高速鐵路的行車標準得到優化。在高速鐵路工程施工過程中，常運用多種方法對施工線路進行測量，以此控制高速鐵路工程施工質量。先進的測量方法能夠提供精準的測量數據，改進高速鐵路的設計方案，提升其施工效率，降低其施工成本。

在數據接收過程中，通過具象顯示在控制網中的數據對設計圖紙進行調整與優化，能夠實現高速鐵路的高質量建設，保證高鐵列車的平穩運行[1]。但目前在高速鐵路工程施工測量過程中，存在多種形式的定位誤差，使得控制網在數據處理過程中難以符合預期標準，造成數據處理工作量增加，導致工程施工效率降低。為此，本文以高速鐵路施工控制網中GPS測量技術的應用為研究對象，結合實際工程對該測量技術的測量結果進行分析。

1" "GPS測量技術的應用方法

1.1" "選擇控制點與埋設標石

1.1.1" "選擇控制點

在高速鐵路工程施工前，應對施工區域的地質條件進行勘測，在此基礎上選擇將要布置的控制點位置。在選擇控制點位置時，將點位選擇在較為平坦的區域或者穩固的建筑物上，以便長期保留和使用。控制點的位置要明顯、開闊，容易實現兩個控制點之間的通視，減少周圍環境影響衛星定位的信號接收[2]。

選擇的控制點要符合工程規范要求，保證控制點基礎穩定，防止因其基礎不穩影響衛星信號接收質量。運用GPS測量技術將兩個不通視的控制點進行連接，獲得對應的距離結果，有利于提升測量的準確程度。將控制點位選在施工放樣位置，便于在使用過程中留有一定的空間。鐵路和斜井控制網示意如圖1所示。

1.1.2" "埋設標石

在控制點位置確定之后，在確定的控制點位置埋設標石，同時埋設觀測樁來提升控制點的使用次數。按設計尺寸挖掘標石基坑，并在施工場地完成水泥配制[3]。建筑物上的GPS控制點標石要埋設在其承重結構上。埋設的標石選用預制鋼標水泥樁，標石與控制點處用鋼絲進行焊接，同時需要保持豎直狀態。對埋設的標石進行編號，做好標記，并加入GPS控制網。

地面上的GPS控制點使用混凝土鋼標銅芯樁，澆筑在確定的控制點位置。高速鐵路線路在敷設過程中，存在多條線路相交的情況。為了提升其測量精度，需要將GPS控制點標石埋設在距離高壓線20m之外的基礎穩定的地面中，并按照實際情況增加GPS控制點數量[4]。埋設的GPS地面控制點標石如圖2所示。

1.1.3" "安裝接收機

在進行GPS測量時需及時接收衛星信號，為此需要安裝GPS接收機。安裝接收機時要結合施工現場的地形，將其固定在基座上，使其與衛星信號接收位置相同，以獲得較為準確的鐵路控制網的觀測數據。如果遇到惡劣天氣時，要對GPS接收機的基座進行加固，避免設備損壞。設置控制點測量時間間隔為10min。在施工過程中，控制網點的工作人員要及時檢查接收機的通信狀況。數據采集后，將GPS接收機存儲器中觀測數據導入計算機[5]。

1.2" "控制網數據加密測量

1.2.1" "設置控制網

根據GPS控制網精度要求，為了順利進行鐵路工程測量，采用方格網方法對其進行加密測量，以減少測量累積誤差，使方格中的測量精度得到提升。將方格網分成兩級進行測量，設定方格網中的方格網點數量為20個，并設定對應的一級網點和二級網點。GPS測量作業的技術要求如表1所示。

表1中，PDOP值是空間衛星分布的位置精度值，即位置精度因子，是由衛星維度、經度和高程等誤差的平方和，再開根號得出的數值。該數值在0.5～99.9之間，一般衛星分布越好，PDOP值越小。

1.2.2" "基線解算及質量要求

在導航中運用三維坐標精度因子來衡量衛星在空間的分布狀態。精度因子的大小與GPS定位誤差呈正比關系。根據衛星分布狀態來進行衛星的分布清理，同時進行基線解算。運用坐標分量閉合差作為觀測值，將GPS接收機采集到的觀測數據進行基線解算，得到同步觀測點坐標內的空間基線向量，并對其進行質量檢驗[6]。

如果在質量檢驗過程中存在不合格基線，則需要立即刪除。根據不同觀測站坐標內的位置關系，得到不同長度屬性的GPS基線。將水平與垂直位置的屬性進行結果同步，得到GPS控制網的平差，獲得最終觀測點的結果值。在獲得基線向量后，對基線解算的質量進行要求。基線解算質量要求如表2所示。表2中，為閉合環中的邊數。

1.2.3" 數據平差處理

在基線解算完畢后，即可進行平差處理。在坐標系中進行三維無約束平差處理，得到結果后的不同基線向量坐標觀測值的信息，便能夠判斷GPS控制網的精度，得到可靠的觀測數據。當基線超過邊長精度時，表示存在粗差，需要刪除[7]。在全部方格網進行GPS測試后，對數據進行成果精度檢驗，運用全站電子測試儀對方格網的邊長和角度進行復測，得到最終結果。

2" "實例分析

2.1" "工程概況

新建贛州至深圳客運專線工程GSSG-8標段一工區，起迄里程為DK374+336.45～DK386+198.37，正線全長為11.862km，該工程主要包括潼湖特大橋104號橋墩至深圳北方向的橋梁及其附屬工程。

2.2" "測量目標

為了測試本文所述GPS測量技術應用方法在高速鐵路工程施工測量網應用的準確性，在設置控制網時，運用邊聯接方法進行組網，并根據施工現場實際情況設置A、B、C、D、E、F等6個觀測點。通過對GPS控制網的測量結果與實際測量值進行誤差計算，在滿足誤差＜0.1m時即達到預期的GPS測量技術的測量目標。

2.3" "測量方法

2.3.1" "設置施工控制網

在對該客運專線平面復測過程中，使用SE5型雙頻GPS接收機，其精度為2×10-5m，符合使用規范要求。在該標段內埋設平面控制點20個組成施工控制網，所有控制點位保存均較為完善。該客運專線GPS施工控制網示意如圖3所示。

2.3.2" "設置觀測點

設定A至F等6個觀測點，在開始觀測之前，需要對光學儀器進行校準；在測量過程中，每間隔15min進行1次狀態觀測。同時將GPS接收機安放在基座上，將待測點準確調整到相機的中心位置，并設定高度夾角為20°。在不同時段的測量過程中，選擇不同的測量角度，利用接收機量取高度，量取誤差要求控制在±3mm。

在觀測過程中不能重復進行測量，不能調整天線位置。工作人員在觀測時要遠離接收機。在控制網復測過程中，調整天線的轉動方向，觀測儀器的工作狀態，減少在觀測過程中產生其他因素的不利影響。

2.3.3" "數據處理

在GPS數據處理過程中，運用基線解算軟件LFO6.3及時對觀測數據進行處理，對基線進行解算。同時，設定在基線解算過程中衛星高度角為15°。使用GPS控制網時，所選擇的觀測點位應該相互清晰，通常選擇在距離線路中心位置80m處。為了減少電磁場對GPS衛星信號的干擾，需要選擇基礎穩定的區域。為了驗證GPS施工控制網數據的準確性，選擇局部一小段控制網，運用導線測量的形式布網測量，運用TRC+121全站測量儀進行邊角數據測量，并設定A和B為起始點，根據A、B端自由導線計算剩余點的坐標。

在基線向量滿足驗收標準后，按照最小閉合環方式對全網基線向量進行搜索，使得GPS控制基線向量網中的所有獨立閉合差達到限差要求。同時，將平面控制網進行二維約束，并應用SYDPS處理軟件進行誤差解算。

2.4" "觀測結果與分析

2.4.1" "觀測結果

將導線測量邊長數據與GPS測量反算邊長數據進行比較分析，通過誤差計算得到觀測結果。邊長誤差觀測結果如表3所示。

2.4.2" "分析觀測結果

根據觀測結果可知，在點A至F觀測點中，GPS測量反算邊長數據與導線測量邊長（實際測量）數據之間相對誤差均為0，這說明應用本文所述GPS測量技術應用方法能夠減少控制點之間的邊長誤差，能夠滿足精度要求。在施工過程中能夠精準進行放樣與測量，體現了GPS測量技術的高可靠性。

2.4.3" "觀測結論

綜上所述，通過對GPS測量技術的應用，使得控制網的精度指標滿足實際施工需求，可獲得較為穩定的施工控制網測量數據，可將其直接應用于施工測量。通過對觀測數據進行計算，可查驗施工質量。

通過對GPS控制網的應用，極大縮短了測量所用時間，提供了更為精準的控制結果。對控制網進行定期復測可以提升控制網的穩定性和測量精度，可減少人力物力支出。總之，本文所述GPS測量技術可在高速鐵路施工控制網中予以應用。

3" "結束語

本文從高速鐵路施工控制網入手，深入分析了GPS測量技術，探究了高速鐵路施工控制網中GPS測量技術的應用方法。使用該測量技術能夠對鐵路施工控制網進行精準設計，可實現鐵路施工過程中的良好應用效果。

但是本文所述應用方法還存在一些不足之處，例如在不定因素處理、預埋點設置等方面存在差距。今后應完善計算方法，對預埋基座進行加固處理，控制好測量點之間的距離，減少數據冗余，保障高速鐵路測量的準確性與實時性，為高速鐵路工程施工提供更為安全可靠的測量數據。

參考文獻

[1] 周東衛.蘭新高速鐵路精密工程測量技術體系及特點[J].高

速鐵路技術，2018，9（1）：70-75.

[2] 武瑞宏.鐵路高程控制網測量關鍵技術問題研究[J].鐵道

標準設計，2022，66（1）：1-6..

[3] 李超，陳庚榮，左才為.物聯網在高速鐵路智能客站中的應

用研究[J].鐵道運輸與經濟，2021，43（10）：48-54+89.

[4] 姜海君，金武，蘇國明，等.關于高速鐵路簡支箱梁預制遮

板的研究[J].鐵道標準設計，2021，65（11）：54-60.

[5] 熱汗古麗·買買提.道路工程測量中數字化測繪技術應用：評

《三維測繪新技術》[J].工業建筑，2021，51（3）：205.

[6] 錢建國，樊意廣.基于改進小波神經網絡的GPS高程擬合

研究[J].大地測量與地球動力學，2022，42（3）：253-257.

[7] 郭仕偉，施闖，魏娜，等.海潮負荷地心運動對GPS坐標

時間序列周期信號的影響分析[J].大地測量與地球動力學，

2022，42（8）：790-795.