校園測量控制網(wǎng)建設實例解析

余章蓉

摘要：為滿足學校測繪工程及土木工程等專業(yè)的測量實訓要求，昆明理工大學津橋?qū)W院空港校區(qū)建設了校園測量控制網(wǎng)，為相關課程的測量實訓提供了測量場所，有利于提高學生的動手能力。校園控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)，平面控制網(wǎng)采用網(wǎng)絡RTK技術測量，高程控制采用水準測量方法測量，最終通過有效的方式進行了成果檢核，各項精度指標均滿足規(guī)范要求。

Abstract： In order to meet the requirements of surveying and mapping engineering and civil engineering in schools， the airport campus of Kunming University of Science and Technology Oxbridge College has set up a campus surveying control network， which provides a surveying place for surveying and training of related courses and is conducive to improving students' practical ability. The campus control network includes a plane control network and an elevation control network. The plane control network uses network RTK technology to measure， and the elevation control uses leveling method to measure. Finally， the results are checked in an effective way， and all precision indexes meet the specification requirements.

關鍵詞：校園控制網(wǎng);平面控制;高程控制

Key words： campus surveying control network;plane control;elevation control

0? 引言

測量實踐課程對測繪工程及相關工程建設專業(yè)的學生掌握測量技能非常重要，為有效的開展測量實踐課，為測量學、控制測量、地籍測量、數(shù)字測圖等實踐課程提供測量起算成果，需在校園內(nèi)布設教學用測量控制網(wǎng)[1]?？刂凭W(wǎng)的布設測量，已經(jīng)從全站儀導線測量向GNSS測量方法轉(zhuǎn)變[2]。如何快速布設校園控制網(wǎng)，并滿足國家相關標準規(guī)范[3，4]以及教學實踐課程[5，6，7]的要求，是本文研究和需要解決的問題。本文以昆明理工大學津橋?qū)W院空港校區(qū)教學測量控制網(wǎng)的建設為例，對在校園內(nèi)進行測量控制網(wǎng)建設過程進行分析，按照控制網(wǎng)形設計、選點、埋石、觀測、計算及檢核等建設流程，分享在校園測量控制網(wǎng)建設的方法及建設過程中所積累的經(jīng)驗。

1? 需求分析及已有成果資料

1.1 需求分析

昆明理工大學津橋?qū)W院設有測繪工程、土木工程、水利水電工程等專業(yè)，均需開設測量學、工程測量及相關專業(yè)課。雖然在校外設有測繪實習基地，但距離較遠、難以滿足日常的課程安排隨時進行實踐操作的要求。因此，需在校園內(nèi)布設校園控制網(wǎng)，以便及時開展教學實踐活動。校園控制網(wǎng)主要滿足測量學角度測量、導線測量、水準測量，工程測量施工放樣，地籍測量，數(shù)字化測圖，GPS課程等實踐課程以及為校園測量技能大賽對測量控制點的需要。

1.2 已有成果資料

經(jīng)過對已有成果資料收集和分析，校園控制網(wǎng)建設可利用的已有成果資料情況主要如下：

①昆明市連續(xù)運行參考站系統(tǒng)[8]（KMCORS），津橋?qū)W院位于KMCORS站點覆蓋范圍以內(nèi)（見圖 1），距離最近的站點約15千米，能夠有效接收KMCORS發(fā)布的差分服務，可作為校園控制網(wǎng)建設的平面坐標框架，作為平面坐標基準的引入，可大大節(jié)約觀測時間和建設成本。

②校園施工建設時，昆明市規(guī)劃測繪部門為學校施測提供了2個二級控制點（含四等水準）成果，平面基準為昆明市城建地方坐標系，高程基準為1985國家高程基準，其平面坐標可作為平面控制布設時的檢核點，其高程坐標可作為高程基準引入。

③此外，利用Google地圖下載的高清校園影像地圖，坐標系為WGS84地心坐標，利用ArcGIS地理配準后，同已有成果疊加，可作為控制網(wǎng)點布設的工作底圖。

2? 控制網(wǎng)設計及建設

2.1 控制網(wǎng)總體設計

按照控制網(wǎng)“分級布設、逐級控制”的布網(wǎng)原則和要求，校園控制網(wǎng)的建設同樣遵循這一原則，同時兼顧方便教學，考慮學校的地形及校園內(nèi)部道路、建（構(gòu)）筑物及綠地的分布情況來進行布設。此外，還應考慮控制點易于埋設和保存，并能夠確保整個校園區(qū)域的全覆蓋，同時滿足較好的通視條件，以及滿足不同測量專業(yè)對控制點布設的需求。

校園控制網(wǎng)按照兩極布設，包括首級控制網(wǎng)和加密控制網(wǎng)。首級控制網(wǎng)作為校園平面和高程控制的基準網(wǎng)，加密控制網(wǎng)在首級控制網(wǎng)的基礎上進行加密，使得控制點達到一定的密度。

昆明理工大學津橋?qū)W院空港校區(qū)（南校區(qū)）規(guī)劃430.67畝，長約550米，寬約520米，地形總體平坦，無高層建（構(gòu)）筑物，視線開闊，無較大遮擋，有利于GNSS控制點的布設和觀測。同時，部分區(qū)域為坡地地形，也給控制點的布設和觀測帶來一定的困難，校區(qū)平面布局影像圖見圖 2。

校園控制網(wǎng)設計充分考慮平面控制和高程控制相統(tǒng)一的原則進行布設。由圖 2可知，校園范圍接近于500m邊長的正方形。平面控制網(wǎng)的設計，結(jié)合測繪行業(yè)規(guī)范[4]關于平面控制網(wǎng)的邊長的規(guī)定，校園控制網(wǎng)的平面控制邊長最大可滿足GNSS RTK一級控制點[4]（≥500m）的要求，見表 1。結(jié)合校園的實際地形情況，綜合考慮通視、網(wǎng)形等基本布設和觀測條件，首級控制網(wǎng)實際按照GNSS RTK 二級點的邊長要求（平均邊長大于300m）布設測量。

施測方法充分利用KMCORS的便利性，可大大節(jié)約觀測時間，同時滿足規(guī)范精度的要求。采用GNSS RTK的方式在校園四角和中心布設二級平面控制點，作為校園網(wǎng)首級平面控制。加密控制點統(tǒng)一按照圖根控制要求進行布設測量，平均邊長要求大于100m，同樣采用GNSS RTK的方式進行測量。

控制網(wǎng)的高程控制，由于經(jīng)費及場地的限制，點位采用同平面控制點點位一致。為了將1985國家高程基準引入校內(nèi)，學校外有四等水準控制點2點。為確保觀測精度符合規(guī)范要求，以其中一點的四等高程成果作為高程起算，按照閉合水準的方式布網(wǎng)。為達到校園二等水準控制測量的教學實驗要求，因此高程控制按照二等水準[9]要求進行觀測，形成多條閉合水準路線，最終統(tǒng)一平差計算高程控制成果。

2.2 控制點選點

控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，分別進行獨立測量，但點位的布設保持一致，即所布設的控制點既進行平面坐標的測量，也進行高程的測量。點位沿校園內(nèi)部道路進行布設，相鄰點之間相互通視線，且距離盡量保持大致相等。

首級平面控制為GNSS二級控制網(wǎng)，共設置有5個控制點，分別位于校區(qū)的四周，相鄰點通視，平均邊長354.4m。圖根控制點，共19點，分別位于校區(qū)內(nèi)各道路交叉口，相鄰點間距離盡量保持大致相等并兩兩通視，平均邊長114.8m。高程控制網(wǎng)的布設，點位同平面控制點點位相同，形成5條閉合水準路線進行觀測?？刂泣c布設圖見圖 3。

2.3 控制點埋石

為達到控制點標識美觀和穩(wěn)定可靠，控制點標志統(tǒng)一設計定制，材料為預制鋼釘。鋼釘螺帽上刻有控制點的編號，采用津橋?qū)W院首字母JQ+順序號的方式編號。學校地面硬化程度較好，鋼釘?shù)穆裨O先用電鉆在地面上打孔，在孔內(nèi)澆灌水泥，然后將鋼釘放入孔內(nèi)，確保鋼釘能被有效固定，見圖 4。

2.4 控制點觀測

2.4.1 平面控制網(wǎng)

平面首級控制網(wǎng)測量利用KMCORS，采用網(wǎng)絡RTK技術進行測量，校園網(wǎng)平面首級控制網(wǎng)按照GNSS RTK二級控制點的觀測要求進行施測，每個點必須測量3個測回以上，并且測回間平面坐標分量X/Y較差須小于2cm，高程較差須小于3cm，單個測回RTK測量的要求按照行業(yè)規(guī)范CJJ/T73的要求進行。加密控制點按照圖根控制點測量要求，采用GNSS RTK測量的方式進行，測回數(shù)只須滿足每個點不少于2個測回的要求，其他觀測要求同GNSS RTK二級控制點要求一致。

施測前，利用已有二級控制點進行了測前檢核，平面及高程坐標均小于5cm。為減少對中桿的對中誤差，測量時均利用三角支架架設天線的方式進行RTK測量?？刂泣c成果測回間較差滿足規(guī)范要求的情況下，取X坐標和Y坐標取測回平均值作為最終平面坐標。平面控制坐標系統(tǒng)命名為“2017年津橋?qū)W院空港坐標系”。

2.4.2 高程控制網(wǎng)

高程控制采用科力達DL-2003電子水準儀（每公里往返測標準差達到0.3mm），按照二等水準測量的要求測段往返觀測。由于已有二級控制點的高程成果為四等水準成果，為避免符合水準路線的不符合，觀測時采用單點閉合至某一已有二級控制點的方法觀測，將1985高程基準引入。觀測前進行了i角的測定，觀測視線長度、前后視距差、視線高度的要求按照CJJ/T8的要求執(zhí)行，具體見表 2。

二等水準測量的測站觀測限差要求，見表 3。

最終，水準路線形成5個閉合環(huán)。觀測完成后，確認觀測成果全部符合規(guī)定后，方可進行外業(yè)計算。外業(yè)計算涉及的內(nèi)容主要包括外業(yè)高差和概略高程表、偶然中誤差、全中誤差、環(huán)線閉合差等4項計算。

內(nèi)業(yè)計算利用儀器自帶軟件導出觀測數(shù)據(jù)后，進行內(nèi)業(yè)平差計算。觀測高差，需要進行水準標尺長度改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正，然后計算環(huán)線閉合差。

由于校園高程控制網(wǎng)水準環(huán)少于20個，因此不計算每千米水準測量的全中誤差。最后，采用COSA軟件進行水準網(wǎng)平差，以測段長度定權，按嚴密平差方法進行平差，分別由兩人各自獨立計算，并核對無誤。平差后偶然中誤差±1.0mm（限差±1.0mm），滿足規(guī)范限差的要求。

3? 控制網(wǎng)精度檢測

為確?？刂凭W(wǎng)的精度，按照CJJ/T73動態(tài)衛(wèi)星定位網(wǎng)點應進行邊長、角度或?qū)Ь€聯(lián)測檢核的要求，首級控制點平面坐標采用全站儀導線聯(lián)測方式進行檢核，主要技術指標如表 5。

4? 結(jié)束語

本文采用昆明市連續(xù)運行參考站，利用GNSS RTK技術快速布設校園首級平面控制網(wǎng)，節(jié)約時間的同時，控制點邊長、精度等設計指標均滿足相關行業(yè)標準和規(guī)范要求。高程控制網(wǎng)，點位同平面點重合，利用二等直接水準的方式測量，彌補GNSS RTK控制高程精度不足的問題，實現(xiàn)了校園控制網(wǎng)的快速布設和成果解算，校園控制網(wǎng)的實際建設時間3天完成，大大縮短了建設周期。

本文對昆明理工大學津橋?qū)W院空港校區(qū)校園控制網(wǎng)的建設過程進行了詳細的描述，以控制網(wǎng)建設實例對在校園控制網(wǎng)建設進行了一定的經(jīng)驗分享。同時，通過校園控制網(wǎng)的建設，進一步提高了教師的實踐能力，有利于教師在今后的教學過程中將理論與實際更好的結(jié)合。而校園控制網(wǎng)的建設，為學生學習期間的實踐操作提供了極大的便利，使學生能根據(jù)理論課程的要求，隨時進行實踐操作，提高學生的動手能力，為他們今后走向工作崗位打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]郝光榮，趙同龍，趙吉濤， 等.基于不同專業(yè)的校園測量控制網(wǎng)的優(yōu)化設計[J].山東建筑大學學報，2007（2）：185-188.

[2]劉博，趙子達，孫魁，等.基于GPS技術的延邊大學校園測量控制網(wǎng)的構(gòu)建[J].信息記錄材料，2017（10）：67-68.

[3]CJJ/T8-2011，城市測量規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]CJJ/T73-2010，衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)范[S].2010.

[5]程效軍，鮑峰，顧孝烈.測量學[M].同濟大學出版社，2016.

[6]孔祥元，郭際明.控制測量學[M].武漢大學出版社，2015.

[7]陳麗華.測量學實驗與實習[M].浙江大學出版社，2011.

[8]吳俐民，陳云波，丁仁軍.昆明市連續(xù)運行GPS參考站系統(tǒng)的研究及建設[J].測繪科學，2006（3）：47-49.

[9]江金霞.控制測量課程教學中創(chuàng)新實踐案例——以“二等水準測量”教學為例[J].測繪與空間地理信息，2016（7）：45-46，50.

[10]謝世杰，奚有根.RTK的特點與誤差分析[J].測繪工程，2002（2）：34-37.

[11]陳煥然.基于CORS站的GPS平面控制網(wǎng)起算點兼容性研究[J].測繪工程，2015（2）：24-26.

[12]靳合波，吳學超，袁興明.南方單基站 CORS 在校內(nèi)控制測量中的應用[J].山東理工大學學報（自然科學版），2014（3）：46-49.

[13]張中喜，趙相偉，艾波.RTK技術在城市導線測量中的應用[J].山東科技大學學報（自然科學版），2008（1）：32-34.

[14]高桂民.四等水準測量的質(zhì)量控制[J].城市建設理論研究（電子版），2013（5）.

[15]施克，雷海林，陳永生，等.GNSS RTK建立等級控制點精度分析[J].導航定位學報，2015（4）：106-109.