GPS靜態(tài)控制測量在鐵路施工中的應(yīng)用

朱敏

【摘要】鐵路的平面控制測量，包括線路、橋梁、管涵以及其他大型構(gòu)筑物的平面控制測量。線路平面控制網(wǎng)又是鐵路平面控制的主控網(wǎng)，沿線各種工程的平面控制網(wǎng)應(yīng)聯(lián)系主干路線主控網(wǎng)上。應(yīng)用GPS技術(shù)在中南部鐵路通道某標(biāo)段建立的平面控制網(wǎng)，觀測成果的穩(wěn)定可靠，滿足施工生產(chǎn)的要求。

【關(guān)鍵詞】GPS控制網(wǎng)；靜態(tài)測量；鐵路；數(shù)據(jù)處理

GPS靜態(tài)測量是利用GPS接收機(jī)進(jìn)行定位測量的一種，主要用于建立各種的控制網(wǎng)。GPS靜態(tài)測量與傳統(tǒng)布設(shè)平面控制的方法相比，具有全天候、測站間無需保持通視、精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 GPS靜態(tài)測量是在GPS定位過程中測站接收機(jī)天線的位置相對(duì)固定，用多臺(tái)接收機(jī)在不同測站上進(jìn)行相對(duì)定位的同步觀測，通過大量重復(fù)觀測站間的相對(duì)位置，以求得待定點(diǎn)的坐標(biāo)。

一、工程概況

中南部鐵路通道15標(biāo)段全長12.5km，為上行下行兩條聯(lián)絡(luò)線。線路包括一座特大橋，三座大橋，五座橋涵，部分高填方路基。特大橋全長3km，正跨京九線，下穿中南部鐵路通道正線。三座大橋跨過一條地方河流，上下行線路最終分別并入京九線。

本標(biāo)段線路雖然地處平原區(qū)，地勢(shì)平坦，但線路兩邊村寨密集，有較多林地，樹木高大茂密。線路多為曲線，跨越河流，兩條線路形成梨形狀。采用傳統(tǒng)的線路平面控制測量方法難以實(shí)現(xiàn)施工精度和效率的要求，所以選擇GPS靜態(tài)測量方法，對(duì)該標(biāo)段線路進(jìn)行平面控制測量

二、基礎(chǔ)資料的獲取及使用

根據(jù)任務(wù)的需要，在進(jìn)行GPS靜態(tài)測量工作前，收集測區(qū)范圍既有的控制測量成果和地形圖資料。對(duì)于甲方提供的測區(qū)附近國家高等級(jí)控制點(diǎn)成果表、點(diǎn)之記等，這些資料在交接時(shí)要確認(rèn)施測年代、依據(jù)規(guī)范、平高系統(tǒng)、控制點(diǎn)成果等級(jí)。收集測區(qū)范圍內(nèi)的地形圖資料，包括測區(qū)范圍內(nèi)及周邊地區(qū)各種比例尺地形圖、專業(yè)用圖及測區(qū)總體建設(shè)規(guī)劃和近期發(fā)展方面的資料資料，要確認(rèn)地圖的比例尺、施測年代、作業(yè)單位、依據(jù)規(guī)范、平高系統(tǒng)、成圖質(zhì)量等?？刂瀑Y料的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)與項(xiàng)目要求坐標(biāo)系統(tǒng)不一致，應(yīng)收集、整理這些不同系統(tǒng)間的換算關(guān)系

三、GPS點(diǎn)的布設(shè)與實(shí)施

GPS控制網(wǎng)布測前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，以得到最優(yōu)的布測方案。本標(biāo)段設(shè)計(jì)采用GPS網(wǎng)建立獨(dú)立平面控制網(wǎng)，網(wǎng)形布置成三角形網(wǎng)，采用邊連式進(jìn)行觀測。按照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T18314-2009）中D級(jí)要求施測。以甲方交付的二等點(diǎn)“SX2044，SX2043”為起算點(diǎn)。控制點(diǎn)分布均勻，相鄰邊長之比小于1/2。

根據(jù)收集到的測區(qū)地形圖、國家高等級(jí)已知點(diǎn)點(diǎn)之記等資料到現(xiàn)場踏勘選點(diǎn)。點(diǎn)位選擇符合技術(shù)設(shè)計(jì)的要求，有利于其他測量手段進(jìn)行擴(kuò)展與聯(lián)測；點(diǎn)位基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，有利于安全作業(yè)；點(diǎn)位便于接收設(shè)備和操作，視野開闊，附近沒有強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號(hào)的物體。對(duì)選好的點(diǎn)位按照合理方法編號(hào)，標(biāo)石埋設(shè)后按實(shí)際情況繪出GPS點(diǎn)之記，著重標(biāo)明去往該標(biāo)石的道路通達(dá)情況（如圖-1，標(biāo)記為紅色）。

四、靜態(tài)測量

根據(jù)測區(qū)地形和交通狀況、并對(duì)基線的最短觀測時(shí)間、衛(wèi)星可見性等因素綜合考慮，編制觀測計(jì)劃表，按該表對(duì)作業(yè)組下達(dá)相應(yīng)階段的作業(yè)調(diào)度命令；選擇最佳時(shí)間段觀測，同時(shí)依照實(shí)際作業(yè)的進(jìn)展情況及時(shí)做出必要的調(diào)整。

本次測量作業(yè)使用四臺(tái)南方靈銳S82-2008雙頻接收機(jī)（如圖-2，標(biāo)稱精度5㎜+1ppm）進(jìn)行GPS網(wǎng)野外數(shù)據(jù)采集，觀測前對(duì)儀器進(jìn)行鑒定。數(shù)據(jù)采集時(shí)，每時(shí)段均量取天線高兩次，其互差不超過3㎜，計(jì)算時(shí)取平均值為最后天線高。

圖-2 南方靈銳S82-2008

本標(biāo)段D級(jí)GPS網(wǎng)基本要求是：衛(wèi)星高度角≥15°；有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4；平均重復(fù)設(shè)站數(shù)≥1.6；時(shí)段長度≥60分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔5-15s，PDOP值≤6。。

五、GPS基線向量檢核及解算

5.1外業(yè)成果質(zhì)量檢核

外業(yè)質(zhì)量檢核是確保預(yù)期平差精度要求的重要環(huán)節(jié)：1.同一時(shí)段觀測值的數(shù)據(jù)提出率不易大于10%。2.同一條基線邊任何兩個(gè)時(shí)段的成果互差，即重復(fù)基線互差應(yīng)小于接收機(jī)標(biāo)稱精度的2倍。3.各級(jí)GPS網(wǎng)同步環(huán)閉合差需要符合下式規(guī)定：Wx≤δ Wy≤δ Wz≤δ Ws≤δ 。

式中：n為閉合邊數(shù)， δ：網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離中誤差（mm）。

5.2 基線質(zhì)量檢核

GPS網(wǎng)的精度指標(biāo)，通常以網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離誤差來表示，其具體形式為：

δ= 其中，δ：網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離中誤差（mm）a：固定誤差（mm）；b：比例誤差（mm）；D：相鄰點(diǎn)間的距離（km）。

根據(jù)《規(guī)范》對(duì)于D級(jí)網(wǎng)基線邊相對(duì)中誤差要求對(duì)基線質(zhì)量檢核。

5.3 GPS內(nèi)業(yè)解算

采用接收機(jī)配備的軟件進(jìn)行基線解算，保證每一條基線都求出整周模糊度，按外業(yè)檢核時(shí)的要求對(duì)重復(fù)基線較差和異步環(huán)閉合差進(jìn)行檢核?；€解算時(shí)，可根據(jù)不同情況，設(shè)置解算部分基線還是全部基線，軟件自動(dòng)解算?；€向量解算后，初步檢查評(píng)判各基線的置信參數(shù)，檢查同步環(huán)、異步環(huán)等閉合差，檢查不同時(shí)段同一條邊的較差，查出超限原因，剔除有粗差的基線。

軟件中通過修改基線解算高級(jí)參數(shù)設(shè)置來改變驗(yàn)收域值，基線解算根據(jù)設(shè)置的域值，對(duì)RMS、比率和參考方差檢查結(jié)果的組合進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，以標(biāo)定基線解算結(jié)果。

六、網(wǎng)平差

進(jìn)行網(wǎng)平差處理的觀測值必須是獨(dú)立的觀測值。選取獨(dú)立基線需滿足以下要求：獨(dú)立基線選取后所組成的GPS網(wǎng)中不應(yīng)存在自由基線，基線向量的質(zhì)量較好，基線向量的邊長較短，基線向量構(gòu)成邊長較少異步環(huán)。

網(wǎng)平差方面，進(jìn)行了三維無約束平差計(jì)算和二維約束平差，在GPS網(wǎng)三維無約束平差的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工干預(yù)的方法剔除誤差。

無約束平差：評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測值重結(jié)果可能存在的粗差；得到GPS網(wǎng)中各點(diǎn)的三維空間直角坐標(biāo)。約束平差：確定所需坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。網(wǎng)平差結(jié)果。

七、精度評(píng)定

GPS點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)，100%的點(diǎn)位精度在1.0cm以內(nèi)，其中46%的點(diǎn)位精度小于0.5cm，以上充分說明觀測數(shù)據(jù)合格，基線解算質(zhì)量良好，GPS網(wǎng)的測量精度滿足規(guī)范要求。

結(jié) 語

GPS觀測過程中為了保證成果可靠性，一方面非同步獨(dú)立觀測邊盡量形成閉合環(huán)或者符合線路，另一方面GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)閉合環(huán)數(shù)盡可能小于規(guī)范要求?；€解算時(shí)，加強(qiáng)基線和外業(yè)質(zhì)量檢核，對(duì)于網(wǎng)平差結(jié)果至關(guān)重要。GPS作業(yè)精度高，受環(huán)境和距離限制小。GPS網(wǎng)布設(shè)點(diǎn)位選擇靈活性較差，活動(dòng)范圍較小，觀測時(shí)間較短，非常適合地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程。

參考文獻(xiàn)

[1]申銳：“ GPS靜態(tài)控制測量平差結(jié)果分析”，《建材發(fā)展導(dǎo)向》，2013.5

[2]趙慶志，張書華：“GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)在城市區(qū)域控制測量中的應(yīng)用”，《全球定位系統(tǒng)》，2012第37卷（4）期

[3]黃煊南：“深度探討基于GPS技術(shù)的南寧某公路平面控制測量方法”，《科技資訊》2011（4）期

[4]葛琴，何水娥：“GPS靜態(tài)定位技術(shù)在平面控制測量中的應(yīng)用”，《安徽地質(zhì)》，2012（1）期