GPS測量技術(shù)在高速鐵路施工控制網(wǎng)中的應用研究

摘要：從選擇控制點與埋設(shè)標石、控制網(wǎng)數(shù)據(jù)加密測量等方面詳細闡述了GPS測量技術(shù)的應用方法，以新建贛州至深圳客運專線工程一個標段施工為例，制定了測量目標，提出了測量方法。測量結(jié)果表明：應用本文所述GPS測量技術(shù)，能夠減少控制點之間的邊長誤差，滿足精度要求。在施工過程中能夠精準進行放樣與測量，體現(xiàn)了GPS測量技術(shù)的高可靠性。

關(guān)鍵詞：施工控制網(wǎng)；GPS測量技術(shù)；標石；基線解算

0" "引言

隨著國家高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，高速鐵路的工程質(zhì)量不斷提升，高速鐵路的施工環(huán)境持續(xù)改善，高速鐵路的行車標準得到優(yōu)化。在高速鐵路工程施工過程中，常運用多種方法對施工線路進行測量，以此控制高速鐵路工程施工質(zhì)量。先進的測量方法能夠提供精準的測量數(shù)據(jù)，改進高速鐵路的設(shè)計方案，提升其施工效率，降低其施工成本。

在數(shù)據(jù)接收過程中，通過具象顯示在控制網(wǎng)中的數(shù)據(jù)對設(shè)計圖紙進行調(diào)整與優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)高速鐵路的高質(zhì)量建設(shè)，保證高鐵列車的平穩(wěn)運行[1]。但目前在高速鐵路工程施工測量過程中，存在多種形式的定位誤差，使得控制網(wǎng)在數(shù)據(jù)處理過程中難以符合預期標準，造成數(shù)據(jù)處理工作量增加，導致工程施工效率降低。為此，本文以高速鐵路施工控制網(wǎng)中GPS測量技術(shù)的應用為研究對象，結(jié)合實際工程對該測量技術(shù)的測量結(jié)果進行分析。

1" "GPS測量技術(shù)的應用方法

1.1" "選擇控制點與埋設(shè)標石

1.1.1" "選擇控制點

在高速鐵路工程施工前，應對施工區(qū)域的地質(zhì)條件進行勘測，在此基礎(chǔ)上選擇將要布置的控制點位置。在選擇控制點位置時，將點位選擇在較為平坦的區(qū)域或者穩(wěn)固的建筑物上，以便長期保留和使用?？刂泣c的位置要明顯、開闊，容易實現(xiàn)兩個控制點之間的通視，減少周圍環(huán)境影響衛(wèi)星定位的信號接收[2]。

選擇的控制點要符合工程規(guī)范要求，保證控制點基礎(chǔ)穩(wěn)定，防止因其基礎(chǔ)不穩(wěn)影響衛(wèi)星信號接收質(zhì)量。運用GPS測量技術(shù)將兩個不通視的控制點進行連接，獲得對應的距離結(jié)果，有利于提升測量的準確程度。將控制點位選在施工放樣位置，便于在使用過程中留有一定的空間。鐵路和斜井控制網(wǎng)示意如圖1所示。

1.1.2" "埋設(shè)標石

在控制點位置確定之后，在確定的控制點位置埋設(shè)標石，同時埋設(shè)觀測樁來提升控制點的使用次數(shù)。按設(shè)計尺寸挖掘標石基坑，并在施工場地完成水泥配制[3]。建筑物上的GPS控制點標石要埋設(shè)在其承重結(jié)構(gòu)上。埋設(shè)的標石選用預制鋼標水泥樁，標石與控制點處用鋼絲進行焊接，同時需要保持豎直狀態(tài)。對埋設(shè)的標石進行編號，做好標記，并加入GPS控制網(wǎng)。

地面上的GPS控制點使用混凝土鋼標銅芯樁，澆筑在確定的控制點位置。高速鐵路線路在敷設(shè)過程中，存在多條線路相交的情況。為了提升其測量精度，需要將GPS控制點標石埋設(shè)在距離高壓線20m之外的基礎(chǔ)穩(wěn)定的地面中，并按照實際情況增加GPS控制點數(shù)量[4]。埋設(shè)的GPS地面控制點標石如圖2所示。

1.1.3" "安裝接收機

在進行GPS測量時需及時接收衛(wèi)星信號，為此需要安裝GPS接收機。安裝接收機時要結(jié)合施工現(xiàn)場的地形，將其固定在基座上，使其與衛(wèi)星信號接收位置相同，以獲得較為準確的鐵路控制網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)。如果遇到惡劣天氣時，要對GPS接收機的基座進行加固，避免設(shè)備損壞。設(shè)置控制點測量時間間隔為10min。在施工過程中，控制網(wǎng)點的工作人員要及時檢查接收機的通信狀況。數(shù)據(jù)采集后，將GPS接收機存儲器中觀測數(shù)據(jù)導入計算機[5]。

1.2" "控制網(wǎng)數(shù)據(jù)加密測量

1.2.1" "設(shè)置控制網(wǎng)

根據(jù)GPS控制網(wǎng)精度要求，為了順利進行鐵路工程測量，采用方格網(wǎng)方法對其進行加密測量，以減少測量累積誤差，使方格中的測量精度得到提升。將方格網(wǎng)分成兩級進行測量，設(shè)定方格網(wǎng)中的方格網(wǎng)點數(shù)量為20個，并設(shè)定對應的一級網(wǎng)點和二級網(wǎng)點。GPS測量作業(yè)的技術(shù)要求如表1所示。

表1中，PDOP值是空間衛(wèi)星分布的位置精度值，即位置精度因子，是由衛(wèi)星維度、經(jīng)度和高程等誤差的平方和，再開根號得出的數(shù)值。該數(shù)值在0.5～99.9之間，一般衛(wèi)星分布越好，PDOP值越小。

1.2.2" "基線解算及質(zhì)量要求

在導航中運用三維坐標精度因子來衡量衛(wèi)星在空間的分布狀態(tài)。精度因子的大小與GPS定位誤差呈正比關(guān)系。根據(jù)衛(wèi)星分布狀態(tài)來進行衛(wèi)星的分布清理，同時進行基線解算。運用坐標分量閉合差作為觀測值，將GPS接收機采集到的觀測數(shù)據(jù)進行基線解算，得到同步觀測點坐標內(nèi)的空間基線向量，并對其進行質(zhì)量檢驗[6]。

如果在質(zhì)量檢驗過程中存在不合格基線，則需要立即刪除。根據(jù)不同觀測站坐標內(nèi)的位置關(guān)系，得到不同長度屬性的GPS基線。將水平與垂直位置的屬性進行結(jié)果同步，得到GPS控制網(wǎng)的平差，獲得最終觀測點的結(jié)果值。在獲得基線向量后，對基線解算的質(zhì)量進行要求?；€解算質(zhì)量要求如表2所示。表2中，為閉合環(huán)中的邊數(shù)。

1.2.3" 數(shù)據(jù)平差處理

在基線解算完畢后，即可進行平差處理。在坐標系中進行三維無約束平差處理，得到結(jié)果后的不同基線向量坐標觀測值的信息，便能夠判斷GPS控制網(wǎng)的精度，得到可靠的觀測數(shù)據(jù)。當基線超過邊長精度時，表示存在粗差，需要刪除[7]。在全部方格網(wǎng)進行GPS測試后，對數(shù)據(jù)進行成果精度檢驗，運用全站電子測試儀對方格網(wǎng)的邊長和角度進行復測，得到最終結(jié)果。

2" "實例分析

2.1" "工程概況

新建贛州至深圳客運專線工程GSSG-8標段一工區(qū)，起迄里程為DK374+336.45～DK386+198.37，正線全長為11.862km，該工程主要包括潼湖特大橋104號橋墩至深圳北方向的橋梁及其附屬工程。

2.2" "測量目標

為了測試本文所述GPS測量技術(shù)應用方法在高速鐵路工程施工測量網(wǎng)應用的準確性，在設(shè)置控制網(wǎng)時，運用邊聯(lián)接方法進行組網(wǎng)，并根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況設(shè)置A、B、C、D、E、F等6個觀測點。通過對GPS控制網(wǎng)的測量結(jié)果與實際測量值進行誤差計算，在滿足誤差＜0.1m時即達到預期的GPS測量技術(shù)的測量目標。

2.3" "測量方法

2.3.1" "設(shè)置施工控制網(wǎng)

在對該客運專線平面復測過程中，使用SE5型雙頻GPS接收機，其精度為2×10-5m，符合使用規(guī)范要求。在該標段內(nèi)埋設(shè)平面控制點20個組成施工控制網(wǎng)，所有控制點位保存均較為完善。該客運專線GPS施工控制網(wǎng)示意如圖3所示。

2.3.2" "設(shè)置觀測點

設(shè)定A至F等6個觀測點，在開始觀測之前，需要對光學儀器進行校準；在測量過程中，每間隔15min進行1次狀態(tài)觀測。同時將GPS接收機安放在基座上，將待測點準確調(diào)整到相機的中心位置，并設(shè)定高度夾角為20°。在不同時段的測量過程中，選擇不同的測量角度，利用接收機量取高度，量取誤差要求控制在±3mm。

在觀測過程中不能重復進行測量，不能調(diào)整天線位置。工作人員在觀測時要遠離接收機。在控制網(wǎng)復測過程中，調(diào)整天線的轉(zhuǎn)動方向，觀測儀器的工作狀態(tài)，減少在觀測過程中產(chǎn)生其他因素的不利影響。

2.3.3" "數(shù)據(jù)處理

在GPS數(shù)據(jù)處理過程中，運用基線解算軟件LFO6.3及時對觀測數(shù)據(jù)進行處理，對基線進行解算。同時，設(shè)定在基線解算過程中衛(wèi)星高度角為15°。使用GPS控制網(wǎng)時，所選擇的觀測點位應該相互清晰，通常選擇在距離線路中心位置80m處。為了減少電磁場對GPS衛(wèi)星信號的干擾，需要選擇基礎(chǔ)穩(wěn)定的區(qū)域。為了驗證GPS施工控制網(wǎng)數(shù)據(jù)的準確性，選擇局部一小段控制網(wǎng)，運用導線測量的形式布網(wǎng)測量，運用TRC+121全站測量儀進行邊角數(shù)據(jù)測量，并設(shè)定A和B為起始點，根據(jù)A、B端自由導線計算剩余點的坐標。

在基線向量滿足驗收標準后，按照最小閉合環(huán)方式對全網(wǎng)基線向量進行搜索，使得GPS控制基線向量網(wǎng)中的所有獨立閉合差達到限差要求。同時，將平面控制網(wǎng)進行二維約束，并應用SYDPS處理軟件進行誤差解算。

2.4" "觀測結(jié)果與分析

2.4.1" "觀測結(jié)果

將導線測量邊長數(shù)據(jù)與GPS測量反算邊長數(shù)據(jù)進行比較分析，通過誤差計算得到觀測結(jié)果。邊長誤差觀測結(jié)果如表3所示。

2.4.2" "分析觀測結(jié)果

根據(jù)觀測結(jié)果可知，在點A至F觀測點中，GPS測量反算邊長數(shù)據(jù)與導線測量邊長（實際測量）數(shù)據(jù)之間相對誤差均為0，這說明應用本文所述GPS測量技術(shù)應用方法能夠減少控制點之間的邊長誤差，能夠滿足精度要求。在施工過程中能夠精準進行放樣與測量，體現(xiàn)了GPS測量技術(shù)的高可靠性。

2.4.3" "觀測結(jié)論

綜上所述，通過對GPS測量技術(shù)的應用，使得控制網(wǎng)的精度指標滿足實際施工需求，可獲得較為穩(wěn)定的施工控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)，可將其直接應用于施工測量。通過對觀測數(shù)據(jù)進行計算，可查驗施工質(zhì)量。

通過對GPS控制網(wǎng)的應用，極大縮短了測量所用時間，提供了更為精準的控制結(jié)果。對控制網(wǎng)進行定期復測可以提升控制網(wǎng)的穩(wěn)定性和測量精度，可減少人力物力支出?？傊疚乃鯣PS測量技術(shù)可在高速鐵路施工控制網(wǎng)中予以應用。

3" "結(jié)束語

本文從高速鐵路施工控制網(wǎng)入手，深入分析了GPS測量技術(shù)，探究了高速鐵路施工控制網(wǎng)中GPS測量技術(shù)的應用方法。使用該測量技術(shù)能夠?qū)﹁F路施工控制網(wǎng)進行精準設(shè)計，可實現(xiàn)鐵路施工過程中的良好應用效果。

但是本文所述應用方法還存在一些不足之處，例如在不定因素處理、預埋點設(shè)置等方面存在差距。今后應完善計算方法，對預埋基座進行加固處理，控制好測量點之間的距離，減少數(shù)據(jù)冗余，保障高速鐵路測量的準確性與實時性，為高速鐵路工程施工提供更為安全可靠的測量數(shù)據(jù)。

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