公路工程平面控制測量, 包括路線、橋梁、隧道及其它大型建筑物的平面控制測量。路線平面控制網又是公路平面控制測量的主控網, 沿線各種工程平面控制網應聯系于路線主控網上, 而主控網應全線貫通, 統一平差。平面控制網的建立, 可采用傳統測量方法, 也可采用全球定位系統 (GPS) 測量。傳統控制測量中, 相鄰控制點之間必須通視, 通過角度、邊長和方位角的觀測量, 逐級地傳遞起始邊長和方位角。與傳統的測量方法不同, G P S定位技術, 在一定的精度要求下, 可以直接確定任一待測點的W G S-8 4坐標, 相鄰觀測點之間不需通視, 并且, 由于各觀測點之間的不相關性, 其坐標不需逐級傳遞, 因此, 測量中不存在傳遞誤差。一般來說, 傳統的平面控制網都是在參考坐標系中, 以大地坐標 (B, L, H) T的形式表示。GPS定位系統建立的控制網是在協議地球坐標系統中進行, 以空間直角坐標 (X, Y, Z) WGS-84?；虼蟮刈鴺?(B, L, H) WGS-84的形式給出, 所以, 建立GPS平面控制網, 需要計算傳統地面控制網和GPS控制網之間的轉換參數, 通常在空間直角坐標系統下轉換。其轉換過程上面已經談到, 主要是確定基準轉換參數和網的配合參數?；鶞兽D換參數包括3個平移參數 (AX0, AY0, AZ0) 。3個旋轉參數 (Wx, Wy, Wz) 和一個尺度因子m, 控制網的配合參數主要是考慮到地面控制網可能存在的系統誤差。在實際公路測量中, 一般僅考慮基準轉換參數。
通過上面GPS定位方法的分析, 我們知道, GPS絕對定位在定位精度方面是比較低的, 因此, 公路控制測量中主要采用GPS相對定位技術。首先, 選定己知坐標及精度滿足要求的地面控制點與GPS控制點, 應用GPS靜態定位方法聯合觀測, 建立測區首級平面控制網, 然后, 應用GPS動態定位技術對平面控制網進行加密測量。下面結合具體工程項目說明如何應用GPS定位技術布設四等級平面控制網、作業和平差的方法。
1 工程概況
某公路是連接南寧與賀州等城市的重要通道。該公路拓寬改建工程全長48.07km, 拓寬后的道路從原先的雙向4車道改建為雙向8車道。
2 GPS點的布設與實施
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G P S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400m~500m左右布設1對G P S點。全線共布設1 0 7點四等G P S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G P S衛星信號的干擾、以及因施工的影響而產生點位的變動?？刂泣c分布均勻, 相鄰邊長之比小于1/2。
GPS地面平面控制點的造埋如圖1所示。
(1) GPS坐標系統及起算依據。
(1) 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) 。
(2) 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如下。
(1) 每對相鄰點的平均距離 (km) 1。
(2) 固定誤差≤5 m m。
(3) 比例誤差≤3ppm。
(4) 最弱相鄰點的相對中誤差為1/35000。
3 GPS觀測
3.1 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。
3.2 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
3.3 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。
3.4 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
(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為閉合環邊數;σ為儀器的標稱精度。
4 GPS內業解算
4.1 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。
4.2 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。
5 GPS精度評定
5.1 環閉合差統計
如表1所示。
5.2 基線殘差統計
如表2所示。
5.3 平面平差基線相對精度統計
如表3所示。
5.4 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。
6 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。
摘要：本文基于筆者多年從事工程測量的相關工作經驗, 以基于GPS的公路工程平面控制測量技術為研究對象, 探討了其在賀州某高速公路控制測量中的應用思路。全文來自于筆者長期的研究心得, 相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。
關鍵詞：公路,控制測量,GPS,精度
參考文獻
[1] 周忠漠, 易杰軍, 周琪.GPS衛星測量原理與應用[M].北京:測繪出版社, 1995.
[2] 張雨化, 公路勘測設計[M].武漢:人民交通出版社, 1986.
[3] 劉基余, 李征航, 王躍虎, 等.全球定位系統原理及應用[M].北京:測繪出版社, 1992.
[4] 中華人民共和國交通部.公路勘測規范[M].北京:人民交通出版社, 1999.
[5] 中華人民共和國交通部.公路全球定位系統 (GPS) 測量規范[M].北京:人民交通出版社, 2000.
[6] 姚連璧, 孟曉林.GPS全站儀及其在道路勘測中的應用前景[M].哈爾濱:湖南科學技術出版社, 2007.