基于GPS和精密三角高程的施工測(cè)量驗(yàn)收應(yīng)用與研究

周磊，趙向陽，武豐雷，楊學(xué)峰

(濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

基于GPS和精密三角高程的施工測(cè)量驗(yàn)收應(yīng)用與研究

周磊?，趙向陽，武豐雷，楊學(xué)峰

(濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

高精度水準(zhǔn)和導(dǎo)線測(cè)量是施工測(cè)量驗(yàn)收的常規(guī)方法，但有時(shí)因條件受限導(dǎo)致該方法難以實(shí)施。本文采用GPS相對(duì)定位和精密三角高程測(cè)量方法進(jìn)行了高架快速路施工驗(yàn)收測(cè)量，在精密平面坐標(biāo)定位和三角高程測(cè)量方面進(jìn)行了積極有效的探索。

GPS相對(duì)定位；全站儀；高架快速路；三角高程測(cè)量；水準(zhǔn)測(cè)量

1 引 言

施工測(cè)量驗(yàn)收能在工程施工階段及時(shí)、準(zhǔn)確地了解工程施工質(zhì)量情況，為工程的下一步工作計(jì)劃提供了科學(xué)依據(jù)，保證了工程總體質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。隨著工程越來越多，施工測(cè)量驗(yàn)收遇到的情況越來越復(fù)雜。點(diǎn)位高程和平面坐標(biāo)的獲取以水準(zhǔn)測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量等常規(guī)測(cè)量方法為主，而常規(guī)測(cè)量方法容易受到多種因素限制，只有在通視條件較好和高差較小的情況下能較好的實(shí)施。對(duì)較復(fù)雜的工程載體來說，采用GPS相對(duì)定位和三角高程測(cè)量可以解決點(diǎn)位相互不通視和高差較大的問題，既提高了作業(yè)速度，又保證了數(shù)據(jù)的可靠性和可信度。

以城市高架快速路施工測(cè)量驗(yàn)收為例，高架快速置于城市主干道，且在道路上空幾十米高的空間位置，施工測(cè)量驗(yàn)收難度較大，常規(guī)測(cè)量很難正常發(fā)揮作用。采用GPS相對(duì)定位和精密三角高程測(cè)量方法進(jìn)行了高架快速路施工平面坐標(biāo)和高程的驗(yàn)收測(cè)量，在精密平面坐標(biāo)定位和三角高程測(cè)量替代高等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 GPS相對(duì)定位

GPS相對(duì)定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。同樣，多臺(tái)接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星可以確定多條基線向量。在一個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)已知的情況下，可以用基線向量推求另一待定點(diǎn)的坐標(biāo)。它是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法[1]。

與常規(guī)方法相比，GPS定位技術(shù)的主要特點(diǎn)是:自動(dòng)化程度高、點(diǎn)間不需通視、全天候、高精度、定位速度快、布點(diǎn)靈活和操作方便等[2]。

通過嚴(yán)格GPS基線處理，GPS相對(duì)定位觀測(cè)的點(diǎn)位平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)精度可以達(dá)到毫米級(jí)，可以滿足一級(jí)導(dǎo)線精度要求。

2.2 EDM三角高程測(cè)量

EDM三角高程測(cè)量方法具有精度高、速度快的特點(diǎn)，特別是用水準(zhǔn)測(cè)量方法難以實(shí)施的工程，用EDM三角測(cè)量方法能很方便地進(jìn)行高程測(cè)量。目前常用的EDM三角高程測(cè)量方法有對(duì)向觀測(cè)法、水準(zhǔn)式觀測(cè)法和單向觀測(cè)法3種方法。對(duì)向觀測(cè)法是在假定測(cè)線兩端的大氣折射系數(shù)相同的條件下，分別在A，B兩點(diǎn)安置儀器和反光棱鏡進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，如圖1所示。

圖1 對(duì)向觀測(cè)方法

A，B兩點(diǎn)高差的計(jì)算公式為:

若在A，B兩點(diǎn)間設(shè)置n－1個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)，將AB邊分成n條邊進(jìn)行觀測(cè)，由于各轉(zhuǎn)點(diǎn)均不需量取棱鏡高，因此A，B兩點(diǎn)間的高差[3]為:

根據(jù)文獻(xiàn)[3]表明，當(dāng)觀測(cè)精度Mα≤±1.5″，邊長(zhǎng)在1.2 km范圍內(nèi)，三角高程完全可以代替三等水準(zhǔn)測(cè)量精度。

3 施測(cè)內(nèi)容及精度要求

3.1 基礎(chǔ)測(cè)繪資料

測(cè)區(qū)附近布設(shè)的控制點(diǎn)GA01～GA06、GB01～GB34共40個(gè)，平面精度達(dá)到國(guó)家三等，高程精度達(dá)到三等水準(zhǔn)測(cè)量要求，上述點(diǎn)位在高架快速路施工前期、中期保存完好，后期部分被破壞，這些點(diǎn)都是鉆孔驗(yàn)測(cè)、校驗(yàn)中線樁位、墩柱頂面中心及主梁底面平面或高程的起算點(diǎn)。

設(shè)計(jì)與驗(yàn)收定位基礎(chǔ)均采用1993年濟(jì)南市獨(dú)立坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3.2 驗(yàn)收工作內(nèi)容

對(duì)高架快速路施工各階段進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收，主要工作內(nèi)容包括:

(1)鉆孔開挖前，對(duì)各標(biāo)段銜接處中心樁和鉆孔平面驗(yàn)測(cè)；

(2)墩柱澆注前，對(duì)墩柱模板平面中心位置驗(yàn)測(cè)；

(3)墩柱澆注完成后，對(duì)標(biāo)段銜接處墩柱頂中心平面和高程驗(yàn)測(cè)；

(4)主梁模板形成后，對(duì)所有標(biāo)段主梁模板底中心平面和高程驗(yàn)測(cè)。

3.3 驗(yàn)收精度要求

根據(jù)規(guī)范[4]要求并結(jié)合本項(xiàng)目工作實(shí)際，制定各階段驗(yàn)收的精度要求，如表1所示。

精度指標(biāo) 表1

4 施測(cè)方案

4.1 工作流程

高架快速路施測(cè)量驗(yàn)收的工作流程如圖2所示。

圖2 工作流程圖

4.2 驗(yàn)測(cè)方法

第一階段到第三階段驗(yàn)測(cè)中，由于驗(yàn)測(cè)的對(duì)象基本上都在地面，平面位置一般采用極坐標(biāo)法進(jìn)行驗(yàn)測(cè)，在已知施工控制點(diǎn)上設(shè)站直接檢測(cè)。無法直接通視時(shí)，采用從已知點(diǎn)發(fā)展的支導(dǎo)線點(diǎn)作為加密測(cè)站點(diǎn)，即在已知點(diǎn)上設(shè)站，在待驗(yàn)測(cè)點(diǎn)附近合適位置設(shè)站，用極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)所需點(diǎn)位。由于極坐標(biāo)法缺乏校核條件，測(cè)設(shè)了一些重合點(diǎn)來校核，避免粗差。

墩柱澆灌完成和主梁模板底形成后，由于模板向上呈弧形，在已知施工控制點(diǎn)上設(shè)站已不能和模板上的點(diǎn)通視，這時(shí)直接采用GPS相對(duì)定位的方法進(jìn)行驗(yàn)測(cè)，測(cè)量時(shí)用3臺(tái)GPS接收機(jī)安置在已知施工控制點(diǎn)或C級(jí)GPS點(diǎn)上，另6臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置于被檢測(cè)的墩柱頂或主梁模板低中心線上同步進(jìn)行觀測(cè)90分鐘以上。

模板高程驗(yàn)測(cè)采用三角高程對(duì)向觀測(cè)的方法進(jìn)行驗(yàn)測(cè)。由于要驗(yàn)測(cè)高程的點(diǎn)(墩柱頂中心和主梁模板上的點(diǎn))都在高于地面十幾米甚至二十幾米的地方，施工方大都采用鋼尺導(dǎo)引高程的方法，將水準(zhǔn)高程引到十幾米的高空，施測(cè)難度較大，且在驗(yàn)測(cè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)已不具備條件。采用精密EDM三角高程的測(cè)量方法:先用DiNi12電子水準(zhǔn)儀在合適的地方布設(shè)高程控制點(diǎn)，再用三角高程測(cè)量對(duì)待驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)測(cè)。

在選擇地面上的高程控制點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)和高空控制點(diǎn)距離一般在100 m～300 m，并保證了全站儀讀數(shù)仰角不超過30°。在測(cè)量過程中，嚴(yán)格整平了儀器，減小了豎軸傾斜誤差，同時(shí)，在各測(cè)回之間，重新整平了儀器。儀器高和覘標(biāo)高在觀測(cè)前后各量測(cè)了一次，讀至1 mm，當(dāng)較差不大于2 mm時(shí)取用中數(shù)。

5 結(jié)果分析

工程實(shí)施期間驗(yàn)測(cè)鉆孔、中心樁、墩柱模板、驗(yàn)測(cè)墩柱頂模板共計(jì)200余次，驗(yàn)測(cè)高程2 182個(gè)，驗(yàn)測(cè)模板中心樁277個(gè)。通過驗(yàn)測(cè)平面、高程數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相比較，得出平面和高程較差，從而計(jì)算出所有驗(yàn)測(cè)點(diǎn)平面和高程的中誤差。

平面、高程數(shù)學(xué)精度檢測(cè)中誤差計(jì)算公式[5]如下:

式中:M為成果中誤差；n為檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)；△i為較差。

中心樁平面比對(duì)表 表2

斷面點(diǎn)高程比對(duì)表 表3

中心樁和鉆孔驗(yàn)測(cè)共檢測(cè)了9個(gè)標(biāo)段銜接處52個(gè)鉆孔樁位，經(jīng)計(jì)算平面中誤差為±11.0 mm，所有鉆孔誤差均在35 mm以內(nèi)，滿足平面中誤差≤±20 mm的精度指標(biāo)。

墩柱驗(yàn)測(cè)應(yīng)指揮部要求，在樁基施工結(jié)束后，墩柱施工前，對(duì)7標(biāo)段墩柱承臺(tái)中心和墩柱中心9個(gè)點(diǎn)位的平面進(jìn)行驗(yàn)測(cè)。平面中誤差為±8.4 mm，所有點(diǎn)位誤差均在±20 mm以內(nèi)，滿足平面中誤差≤±10 mm的精度指標(biāo)。

墩柱模板驗(yàn)測(cè)，當(dāng)墩柱模板形成后，在澆筑混凝土前，對(duì)各標(biāo)段銜接處墩柱模板的40個(gè)點(diǎn)位平面進(jìn)行了驗(yàn)測(cè)。經(jīng)計(jì)算，驗(yàn)測(cè)的平面中誤差為±7.8 mm，所有點(diǎn)位誤差均在±20 mm以內(nèi)，滿足平面中誤差≤±10 mm的精度指標(biāo)。

墩柱澆筑混凝土穩(wěn)固后，對(duì)各標(biāo)段銜接處墩柱頂面的平面和高程進(jìn)行了驗(yàn)測(cè)。計(jì)算出橫向中誤差為±4.3 mm，軸線方向中誤差為±4.0 mm，高程中誤差為±6.8.mm，調(diào)整后所有點(diǎn)中誤差均在驗(yàn)樁精度指標(biāo)范圍內(nèi)。

6 結(jié) 語

采用GPS相對(duì)定位和精密三角高程測(cè)量方法進(jìn)行高架快速路施工平面坐標(biāo)和高程的驗(yàn)收測(cè)量，確保了該項(xiàng)工程的順利實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了各標(biāo)段順利銜接，保證了工程總體質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

實(shí)踐證明，GPS相對(duì)定位和三角高程測(cè)量完全可以替代高等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量。

[1] 徐紹銓，張華海.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1998

[2] 潘正風(fēng).數(shù)字化測(cè)圖原理與方法[M].武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2004

[3] 許國(guó)輝，劉躍.電子測(cè)距三角高程測(cè)量方法的精度分析與比較[J].測(cè)繪通報(bào)，2003(03):31－33

[4] JTG C10－2007.公路勘測(cè)規(guī)范[S].

[5] GB/T 24356－2009.測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收[S].

The Applied Research of Construction Acceptance Survey on GPS and Precise Trigonometric Leveling

Zhou Lei，Zhao XiangYang，Wu FengLei，Yang XueFeng
(JiNan Geotechnical Investigation and Surveying Institute，JiNan 250013，China)

Traverse is a high－precision standards and Construction conventional methods of measurement and acceptance，but sometimes limited because of the conditions leading to the method difficult to implement.Using GPS relative positioning and precise triangulated heliograph survey elevated expressway construction method of acceptance survey，The plane coordinate localization and trigonometric elevation measurement on the active exploration.

GPS relative positioning；Total Station；elevated expressway；trigonometric leveling；leveling

1672－8262(2010)03－85－03

P258，P228

B

2010—09—08

周磊(1978—)，男，工程師，主要從事城市精密工程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用與研究工作。