淺談山區(qū)高等級公路施工控制網(wǎng)布設(shè)及測算

于洋 孔慶波

摘 要：山嶺地區(qū)山巒起伏、森林茂密、荊棘叢生，導(dǎo)致通視及通行條件極差。因此，山嶺地區(qū)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(fù)雜，技術(shù)難度大，必須要建立高精度的施工測量控制網(wǎng)，滿足工程施工的需要。文章介紹山區(qū)公路施工控制網(wǎng)的布設(shè)方法，注意事項及測量方法，解算方式。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；高等級公路；施工控制網(wǎng)

1 工程概況

現(xiàn)以某山區(qū)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(yè)難度非常大。本標(biāo)段控制網(wǎng)為獨立坐標(biāo)系，1985國家高程基準(zhǔn)。平面坐標(biāo)采用四等GPS控制網(wǎng)控制，高程采用四等水準(zhǔn)控制。

2 平面控制網(wǎng)的布設(shè)及測算

2.1 四等GPS控制點布設(shè)

本工程有幾個特點：

（1）呈帶狀不規(guī)則區(qū)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(qū)通視條件差，沿線高級控制點稀少，故應(yīng)按照“整體布局，分級控制”的原則布設(shè)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(shè)。兩個GPS點一般不超過2km，全線布設(shè)30個四等GPS控制點，且至少要兩兩通視。GPS控制點應(yīng)選在土質(zhì)堅實、穩(wěn)固，視野開闊，高度角在15°以上范圍內(nèi)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(wèi)星信號的干擾源或強烈反射衛(wèi)星信號的物體。選取GPS控制點是應(yīng)該盡量交叉路線進行選擇，不要都在路線的一側(cè)布設(shè)，來影響定位精度。

2.2 四等GPS控制網(wǎng)的測算

GPS控制測量觀測前，應(yīng)對接收機進行預(yù)熱和靜置，同時應(yīng)檢查電池的電量、接收機的內(nèi)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(yīng)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(guān)機時間等相關(guān)的測站信息。四等GPS控制網(wǎng)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(shù)據(jù)會多一些。

將各GPS點依次相聯(lián)組成幾何圖形就能獲得GPS網(wǎng)形。對于GPS控制網(wǎng)宜采用有多個多邊形閉合環(huán)組成，且相鄰閉合環(huán)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(nèi)，同步連測的接收機多于兩臺（設(shè)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(shè)計的GPS控制網(wǎng)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(yīng)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(yīng)根據(jù)設(shè)計好的網(wǎng)形，決定每測段中基線向量的取舍。以確定GPS網(wǎng)確實是由獨立基線向量所組成的。

在山區(qū)高等級公路布設(shè)GPS控制網(wǎng)時，每兩個相鄰異步環(huán)之間最好還是采用邊連式（兩環(huán)之間有兩個公共點），而不宜采用點連式（兩環(huán)之間一個公共點）。因為有公共邊毗連的多個閉合環(huán)的網(wǎng)形比僅有一個公共點連接的網(wǎng)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(shù)。

本標(biāo)段GPS控制網(wǎng)的解算采用的是中海達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件。接收機采用的是的拓普康HiperGB。由于所用的數(shù)據(jù)處理軟件和接收機不是同一廠商的，所以導(dǎo)出來的原始數(shù)據(jù)要進行格式轉(zhuǎn)換。目前，最常用的格式是RINEX格式，中海達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件能夠直接處理此格式的數(shù)據(jù)。解算過程如下：

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

（2）設(shè)定基線解算的控制參數(shù)?；€解算的控制參數(shù)用以確定數(shù)據(jù)處理軟件采用何種處理方法來進行基線解算，設(shè)定基線解算的控制參數(shù)是基線解算時的一個非常重要的環(huán)節(jié)，通過控制參數(shù)的設(shè)定，可以實現(xiàn)基線的精化處理。

（3）基線解算?；€解算的過程一般是軟件自動進行的，無須過多人工干預(yù)。

（4）基線質(zhì)量的檢驗。基線解算完畢后，基線結(jié)果并不能馬上用于后續(xù)的處理，還必須對基線的質(zhì)量進行檢驗，只有質(zhì)量合格的基線才能用于后續(xù)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?；€的質(zhì)量檢驗需要通過RATIO、RDOP、RMS、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差和重復(fù)基線較差來進行。

（5）GPS基線網(wǎng)平差。GPS網(wǎng)平差分為無約束平差，約束平差和聯(lián)合平差。首先進行三維無約束平差，判斷所構(gòu)成的GPS網(wǎng)中是否有粗差基線，如果發(fā)現(xiàn)含有粗差的基線，需要進行相應(yīng)的處理，必須使得最后用于構(gòu)成控制網(wǎng)的所有基線向量均滿足質(zhì)量要求。調(diào)整各基線向量觀測值的權(quán)，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(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)，指定起算數(shù)據(jù)，檢驗約束條件的質(zhì)量，進行平差解算。

3 高程控制網(wǎng)的布設(shè)及測算

3.1 高程控制網(wǎng)的布設(shè)

在傳統(tǒng)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(zhǔn)儀幾何水準(zhǔn)測量，近年來隨著全站儀精度的提高，三角高程已經(jīng)可以取代三、四等水準(zhǔn)測量，工程實踐和文獻(xiàn)介紹表明，三角高程甚至有取代二等水準(zhǔn)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(zhǔn)儀進行高程測量。本標(biāo)段就是采用全站儀三角高程測量方法，高程控制網(wǎng)的布設(shè)是在平面控制點的基礎(chǔ)上布設(shè)成三角高程網(wǎng)，測區(qū)的高程系統(tǒng)為1985國家高程基準(zhǔn)。

3.2 高程控制網(wǎng)的測算

在測站上安置全站儀，量取儀器高i，在目標(biāo)點上安置棱鏡，量取棱鏡高t。用全站儀瞄準(zhǔn)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(shè)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(yuǎn)鏡和棱鏡之間的高差（V=Dtanа）首先我們假設(shè)A，B兩點相距不太遠(yuǎn)，可以將水準(zhǔn)面看成水準(zhǔn)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(shè)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(zhǔn)面和視線成直線為前提的。因此，只有當(dāng)A，B兩點間的距離很短時，才比較準(zhǔn)確。當(dāng)A，B兩點距離較遠(yuǎn)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(jù)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(jù)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(jù)已知點的高程推算出未知點的高程。

4 結(jié)束語

在高山密林地區(qū)進行高等級公路施工控制測量時，應(yīng)該應(yīng)用GPS技術(shù)結(jié)合常規(guī)的測量技術(shù)，來充分發(fā)揮各自的長處，優(yōu)勢互補。為了保證平面控制的精度，應(yīng)適當(dāng)限制導(dǎo)線的長度，在現(xiàn)在GPS技術(shù)廣泛應(yīng)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(yīng)當(dāng)在建立統(tǒng)一控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立獨立的控制網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]李青岳，陳永奇.工程測量學(xué)[M].北京：測繪出版社，1995.

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

[3]孔祥元.控制測量學(xué)[M].北京：測繪出版社，1991.