GPS系統(tǒng)在隧道測量中的應(yīng)用探究

張真龍

摘 要 GPS（全球定位系統(tǒng)）是信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)時(shí)代的新興科技產(chǎn)物。它具備精度高、速度快、效率高等實(shí)用性特點(diǎn)，并諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如國防軍事、工程測繪。本文結(jié)合GPS在隧道工程測量作業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)，并闡述了GPS其應(yīng)用時(shí)的主要優(yōu)勢與隧道控制測量布點(diǎn)的特點(diǎn)等，并提出了幾點(diǎn)應(yīng)用體會(huì)。

關(guān)鍵詞 GPS；隧道測量；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）24-0055-01

目前，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)正在發(fā)展和全面的建成，同時(shí)，給測繪與導(dǎo)航帶來了一場新的技術(shù)性革命。GPS大量用于測繪、氣象、軍事等多個(gè)方面，而在城市控制網(wǎng)的建立中，改造以及大地的測量中得到較為廣泛的運(yùn)用。隨著觀測數(shù)據(jù)的處理日益完善，GPS在隧道的測量控制當(dāng)中得到了更為廣泛的運(yùn)用。

1 GPS在工程測量中的原理及優(yōu)勢

由于傳統(tǒng)測量方法會(huì)受到很多因素的制約，例如圖形建立條件差、事業(yè)條件不好、地形地貌首先等，從而導(dǎo)致控制、觀測網(wǎng)選址、布網(wǎng)控制等受到一定程度的影響，而GPS在這方面具備一定優(yōu)勢。GPS在測量過程中通常具備以下優(yōu)勢：

①觀測時(shí)站和站之間對(duì)通視的要求不高，因?yàn)橥ㄒ曇蠼档?，可以降低效益成本，并縮短作業(yè)時(shí)間。此外，更利于點(diǎn)位的選擇與分析，從而讓測量工作更加的方便、靈活等特點(diǎn)。②定位精度高。在50 km范疇內(nèi)，能夠?qū)⒆鳂I(yè)精度控制在

l×10-6～2×10-6之間，并且時(shí)間越長，其控制的精度越高，從而使其明顯的好于傳統(tǒng)精度控制形式。③觀測時(shí)間短。經(jīng)典靜態(tài)定位方法主要是根據(jù)—條基線的測量方位來對(duì)時(shí)間進(jìn)行定位，并根據(jù)控制指標(biāo)的要求來操作，從而提高了作業(yè)效率，而且將觀測的時(shí)間控制在lh-3h之間。近些年來，短基線快速定位方法已經(jīng)得到了隧道測量的廣泛使用，其觀測時(shí)間可以縮短到幾分鐘內(nèi)，并且測量精度符合實(shí)際需求。④三維坐標(biāo)更精準(zhǔn)。為了更好的提高其作業(yè)效率，GPS觀測過程中還提供了三維坐標(biāo)，從而提高了平面測量的準(zhǔn)確度，并且使大地高程更為準(zhǔn)確。因此，為研究作業(yè)所需的地面點(diǎn)高程和大地水準(zhǔn)面的不規(guī)則形狀的研究提供了新契機(jī)。⑤操作便捷。隨著科技的發(fā)展，GPS接收機(jī)已經(jīng)擁有越來越高的智能化，對(duì)于從事觀測的技術(shù)人員來說只需要簡易的操作，GPS接收機(jī)就能夠自行地進(jìn)行隧道的觀測與結(jié)果記錄，而不受任何時(shí)間、地點(diǎn)、天氣的因素影響，能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行觀測。⑥能進(jìn)行全天候作業(yè)。GPS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)24h全天觀測，從而進(jìn)一步提高了觀測的準(zhǔn)確度和工作效率。

2 GPS測量應(yīng)用實(shí)例

1）工程概況。

隧道工程的山上由于較多的樹木與相對(duì)復(fù)雜的地形，導(dǎo)致通視與行走不方便。為了提高工程的方便性，首先要根據(jù)施工需求來建立首級(jí)控制網(wǎng)。在前期的設(shè)計(jì)當(dāng)中，考慮到通視、行走、工期等各方面的影響因素。另外，此工程決定采用GPS技術(shù)，其可以提高施工的測量準(zhǔn)確度和精度。

2）隧道測量中的控制特點(diǎn)。

①獨(dú)立坐標(biāo)系。為了保證作業(yè)時(shí)擁有精準(zhǔn)程度夠高的放樣數(shù)據(jù)，通常情況下，會(huì)采用獨(dú)立坐標(biāo)系。②重力水準(zhǔn)面。對(duì)某一高程測量來說，一般會(huì)選擇重力水準(zhǔn)面作為控制網(wǎng)基線面的基準(zhǔn)，而不選擇復(fù)雜橢球面作為基線面。在實(shí)際工作中，會(huì)將控制網(wǎng)基線面作為平面去使用。③垂線為基準(zhǔn)。對(duì)于距離和水平角的測量一般會(huì)選擇垂線作為基準(zhǔn)，而很少選擇橢球面作為基準(zhǔn)，否則，會(huì)降低工作效率。

3）GPS測量的外業(yè)觀測及實(shí)施。

對(duì)于GPS控制點(diǎn)的布設(shè)原則如下：①為了使得GPS的控制點(diǎn)的坐標(biāo)與隧道的設(shè)計(jì)坐標(biāo)能夠統(tǒng)一，方便計(jì)算，在曲線隧道的每一個(gè)切線之上或在直線隧道的中心線之上，都應(yīng)該布置兩個(gè)用于測量的GPS控制點(diǎn)。②在每一個(gè)隧道的進(jìn)洞口都應(yīng)該設(shè)置上至少兩個(gè)能夠相互進(jìn)行通視的控制點(diǎn)，不過，出于對(duì)安全的考慮，最好設(shè)置三個(gè)點(diǎn)。③為了減弱或消除因垂線偏差而導(dǎo)致測設(shè)方向出錯(cuò)的影響，在每一個(gè)進(jìn)洞口最好是在同一高程面之上設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)。在條件允許的情況下，各個(gè)洞口的控制點(diǎn)之間應(yīng)盡量縮小其差值。④對(duì)于GPS控制點(diǎn)的布置，要滿足對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)良好的接受要求。

對(duì)于GPS控制點(diǎn)布設(shè)方案如下：西安至南陽線路長度450 km，線路通過秦嶺山脈東段和豫西山區(qū)。GPS定位測量是為初測導(dǎo)線提供起閉點(diǎn)。13個(gè)大地四邊形和2個(gè)角形組成GPS網(wǎng)，待定點(diǎn)（GPS控制點(diǎn)）24點(diǎn)為l2個(gè)點(diǎn)對(duì)，相鄰點(diǎn)對(duì)間平均距離18km，聯(lián)測了六個(gè)國家控制點(diǎn)。選用其中五個(gè)點(diǎn)作已知點(diǎn)參與平差。

3 GPS在隧道測量中的應(yīng)用

1）因地制宜選用。

在隧道工程測量過程中選擇GPS測量技術(shù)，不僅需要具備相關(guān)的作業(yè)條件，而且還要選擇相關(guān)的技術(shù)條件。其可以替代水準(zhǔn)儀和全站儀進(jìn)行相關(guān)方法的觀測。因此，在使用GPS技術(shù)時(shí)，必須確保儀器信號(hào)的準(zhǔn)確度，而且還要堅(jiān)持因地制宜的原則，從而更好的發(fā)揮GPS測量技術(shù)的優(yōu)勢。

2）建立首級(jí)控制網(wǎng)。

GPS進(jìn)行測量、觀測過程中，需要放樣數(shù)據(jù)，一般要求具有較高的精度控制，但是為了提高控制數(shù)據(jù)的質(zhì)量，需要建立精度比較高的首級(jí)控制網(wǎng)，從而在GPS技術(shù)的輔助下來確保高精度數(shù)據(jù)的順利采集，提高測量工作的效率。

3）信號(hào)質(zhì)量需求。

在利用GPS進(jìn)行隧道測量時(shí)，該設(shè)備已經(jīng)具備了實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化等功能，從而大大降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度和觀測作業(yè)時(shí)間。但是，衛(wèi)星的空間分布和觀測質(zhì)量與GPS信號(hào)質(zhì)量有著密切的關(guān)系。因此，要求施工人員嚴(yán)格按照要求進(jìn)行選址，以確保觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量符合要求。

4）檢驗(yàn)方法的重要性。

GPS在隧道測量中的數(shù)據(jù)傳輸與處理過程一般采用隨機(jī)軟件來完成，只要確保已知數(shù)據(jù)的精度、數(shù)量和衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，就能夠準(zhǔn)確計(jì)算出控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。但是點(diǎn)位精度的高低會(huì)在一定程度上影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，要采取措施確保起算點(diǎn)的點(diǎn)位精度，并且聯(lián)測水準(zhǔn)的高程點(diǎn)。主要的檢測方法為：認(rèn)真查閱已知點(diǎn)的精度、等級(jí)等資料，通過高精度的測距儀對(duì)其進(jìn)行測距，并將測量結(jié)果與已知點(diǎn)計(jì)算的邊長對(duì)比，最后，匹配出平差精度高的已知點(diǎn)，這種檢驗(yàn)法有利于提高工作的準(zhǔn)確度。

4 小結(jié)

本文中通過實(shí)例對(duì)于GPS的使用以及該網(wǎng)精度的分析，讓我們能夠看出GPS應(yīng)到用隧道的設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、平差精度的優(yōu)勢，無論是邊長觀測、同步環(huán)、異步環(huán)等方面都比規(guī)范中的對(duì)比更加優(yōu)異，也希望通過本文分析，得到各位業(yè)界人士的借鑒與點(diǎn)評(píng)，對(duì)于往后的工程學(xué)發(fā)展有著莫大的借鑒意義。

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