高速公路的平面控制復(fù)測與數(shù)據(jù)分析

邵東華

(上海市測繪院，上海200129)

一、測區(qū)概況

隨著上海市經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，上海公路仍存在著技術(shù)標(biāo)準低、路網(wǎng)密度低、通行能力低、行車速度低等問題，已不適應(yīng)上海對外公路交通發(fā)展的需要，因此加快滬蘇高速公路(原A16)建設(shè)工程是為加速上海公路網(wǎng)建設(shè)、提高上海公路網(wǎng)水平、完善公路網(wǎng)創(chuàng)造條件。滬蘇高速公路(原A16)(如圖1所示)是一條連接上海與江蘇的高速公路，其能有效緩解滬蘇主通道的交通壓力，增進長三角的經(jīng)濟聯(lián)動，強化上海與蘇錫常都市圈的橫向聯(lián)系。本工程按雙向六車道高速公路標(biāo)準設(shè)計，全封閉、全立交，設(shè)計行車速度120 km/h。滬蘇高速公路(原A16)位于上海市青浦境內(nèi)，起點為滬蘇交界處，一直向東，與G1501(原 A30)相交，至G15(原 A5)高速公路。按照規(guī)劃及建設(shè)需要，本線路分兩期進行建設(shè)，從起點至G1501為第1期，已于2007年立項并進行建設(shè)，至2010年年初建設(shè)完成;從G1501至G15為第2期，于2011年立項，現(xiàn)完成首次的平面控制測量。

圖1

二、控制測量

1．測前準備

首先確定上海市坐標(biāo)系作為本項工程的平面坐標(biāo)系，并根據(jù)線位的位置及上海市測繪院建立的永久性虛擬參考站的位置，選定嘉定(GJ03)、青浦(GJ08)和莘莊(GJ09)3個虛擬參考站作為本項工程的GPS平面控制起算點。

根據(jù)立項的先后，我院先于2007年進行了本工程從起點至G1501段的GPS平面控制的選點，依據(jù)本項工程線狀的特點及GPS控制網(wǎng)的以下布設(shè)原則：

1)精度上滿足工程設(shè)計和施工階段對控制的要求;

2)密度上滿足施工方進行工程施工放樣的需要;

3)技術(shù)上先進、經(jīng)濟合理，確保成果的正確性、可靠性;

4)點位應(yīng)選在視野開闊、穩(wěn)固可靠的地方，便于進行GPS的觀測，有利于點位長期保存，順利進行工程的建設(shè);

5)平面控制網(wǎng)采用線型點對的形式，點位距離為500～700m;

6)每一個GPS點均保證至少有一個方向通視，以便于對GPS網(wǎng)中的點位進行距離檢驗。

對本工程的第1期根據(jù)設(shè)計的網(wǎng)形及現(xiàn)場實際情況共選取了19個GPS平面控制點，其中8個選在堅固穩(wěn)定的建筑物的頂面上;8個選在沿線土質(zhì)堅硬的水泥地上;其余3個為在松軟的土質(zhì)上建造深埋樁，點位均采用特制的六角螺釘埋設(shè)。網(wǎng)形見圖2。GPS控制網(wǎng)的精度參照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》及工程建設(shè)的需要，確定布設(shè)等級為D級。即：最弱邊相對中誤差≤1/45 000，最弱點點位中誤差≤±3 cm。

圖2 滬蘇高速公路(1期)平面控制示意圖

2．?dāng)?shù)據(jù)采集

本工程的第1期19個GPS點都符合GPS觀測條件且不易被破壞，根據(jù)編制的GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報圖，選擇最佳觀測時間，采用8臺ASHTECH接收機進行同步靜態(tài)觀測，數(shù)據(jù)采樣間隔為20 s，每個時段長45min。儀器嚴格整平對中，天線高在測前、測中、測后量取3次，較差不超過3mm，取其平均值作為天線高。在整個數(shù)據(jù)采集過程中，均按照規(guī)范操作，所有GPS接收機工作正常，共進行3個時段的觀測，其間聯(lián)測并采集了上海市3個VRS基準站(GJ03、GJ08和 GJ09)的數(shù)據(jù)。

3．?dāng)?shù)據(jù)處理

此次數(shù)據(jù)處理采用同濟大學(xué)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，其順序為：

首先進行基線解算，其過程是：讀入數(shù)據(jù)→編輯測站→參數(shù)設(shè)置→單點定位→組成差分→失周處理→基線解算，整個過程均由軟件自行完成，無須進行過多的人工干涉，只是在修改點名和輸入天線高時避免誤操作。解算出來的基線質(zhì)量的檢驗是通過RATIO、RMS(其中 RMS≤0。015;RATIO≥60，見表1)及重復(fù)基線(基線長度較差在見表2)3個指標(biāo)來完成的，選取質(zhì)量合格的基線組成閉合環(huán)，本控制網(wǎng)選取136條基線，組成86閉合環(huán)，見表 3)

式中，D為相鄰點間距離，平均距離約為500m。按表1，所有基線均為合格基線;按表2，基線長度較差均小于規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，可以認為所有基線都是可靠的;按表3，所有閉合環(huán)的閉合差滿足了規(guī)范規(guī)定的限差要求，可以認為基線質(zhì)量是合格的。

表1 基線參數(shù)

表2 重復(fù)觀測基線長度較差 mm

表3 閉合環(huán)參數(shù)

其次進行網(wǎng)平差，以上述的兩個基準站作為此次GPS網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，進行二維約束平差，將WGS-84基準下的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為上海市平面坐標(biāo)系;最后進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)網(wǎng)平差的結(jié)果，全網(wǎng)19個GPS點的點位中誤差均小于限差要求，所有的數(shù)據(jù)結(jié)果質(zhì)量都是可靠的。

4．距離檢驗

對于已經(jīng)解算出的GPS成果，為了保證成果的可靠性，對其成果進行距離的檢驗。本項工程利用Leica TC2003全站儀(標(biāo)稱精度為±(1 mm+1×10-6D)和與其相配套的棱鏡對GPS控制點相鄰邊進行距離測量。進行距離測量時，要詳細記錄氣溫、氣壓等大氣參數(shù)，所測距離應(yīng)進行氣溫、氣壓的改正和儀器加、乘常數(shù)的改正。經(jīng)過綜合改正的距離與GPS成果反算的距離進行較差比較，用來檢核此次GPS成果的精度。

三、復(fù)測數(shù)據(jù)

應(yīng)客戶的要求，也為了便于監(jiān)測此網(wǎng)中點位的變化情況，對此控制網(wǎng)點每年復(fù)測1次，至2010年本工程第1期結(jié)束，共進行3次復(fù)測。其復(fù)測數(shù)據(jù)較差見表4。

表4 GPS點復(fù)測數(shù)據(jù)較差表 cm

從表4可以看出16個GPS點位變化均在2 cm范圍內(nèi)，說明這些點位變化量在允許的范圍內(nèi)，可以視為不變的。G3點位于一幢建筑物頂面上，因建造高速立交而被拆除;G13點位于一條道路邊上，因此路翻修而遭到損壞;G9位于農(nóng)田的田埂邊，因點位邊上施工造成此點位發(fā)生偏移，且偏移量超過限差，故而在第2次復(fù)測后對坐標(biāo)進行修正，并對點位進行加固。

根據(jù)立項的時間表，本工程從G1501至G15的第2期于2011年開始建設(shè)，在2011年2月結(jié)束第一次的測量工作，其間這兩期控制網(wǎng)的起算點相同，而其起始的第1個控制點即第1期的最后一個控制點為G19。G19前后兩期坐標(biāo)見表5。

從表5可以看出，雖然本高速公路分兩期施工，且時間跨度長達4年，但是通過選用相同的起算點及選點的恰當(dāng)可以順利地進行銜接。考慮到滬蘇公路第一期建設(shè)已經(jīng)結(jié)束，而第2期建設(shè)剛開始，此次G19成果采用第2期第1次測量的成果。

表5 G19點兩期坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較表

四、體會與建議

1)進行高速公路的平面測量時，點位應(yīng)盡量選在施工范圍之外50m的范圍內(nèi)，便于施工測量且要容易保護。如果選在松軟的土質(zhì)上，則建議點位埋設(shè)采用埋深樁并應(yīng)及時交于施工單位以便于保護。

2)高速公路的建設(shè)一般都進行分期分段施工，進行測量時要注意與前期施工控制網(wǎng)的銜接，作業(yè)時最好選用相同的起算控制點，并有相同的GPS點進行校核。

3)平面復(fù)測一般一年進行一次較為適宜，對于破壞的點位如果建設(shè)方需要則應(yīng)該在復(fù)測過程中進行補缺，以便于建設(shè)方順利進行工程的建設(shè)。

4)平面復(fù)測成果與前次成果較差值如果在變化量允許范圍之內(nèi)的，則提供客戶報告成果以不變?yōu)橐?，如果超出則須對坐標(biāo)進行修正后提供新成果。

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