公路工程GPS靜態控制測量技術研究

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摘要：目前國內公路工程項目在快速發展，而隨著現代科技的高速發展和進步，gps控制測量在公路工程中起到不可替代的作用。參照昆明市嵩明縣某公路工程項目，針對控制點布設、外業觀測、內業數據平差處理等相關技術要求進行技術分析。目前該項目控制網復測已按所述相關測量技術要求規范完成施工復測工作，有效的避免了高壓輸電線電流對接收機信號的干擾，充分利用地形地貌將控制點的利用率發揮最大化，保證測量成果精度，控制網的布設和后續做加密使用達到的預期效果。

關鍵詞：控制網布設；靜態測量；數據平差GPS

1工程概況

嵩明北互通至國道213連接線工程位于昆明市嵩明縣，路線起點位于清水塘村南側，接現代農業園區規劃9號路與10號路交叉口處，路線升坡展線翻過蛇山北側山脊，止于接界村南側，接國道213線K2032+410處，路線全長1.848km。設計涵洞9道，平面交叉2處，本項目為雙向4車道一級公路，設計速度40km/h，路基寬度20m；最大縱坡6%；汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級，最大填方路基高度14.11m，最大挖方深度超過20m，計劃施工工期1a。以滿足未來社會經濟和交通發展的需求。

2控制點布設重點技術問題

本段公路線路走向位于山地林區，線路上空有4條超過500kV的高壓輸電線橫向分段穿過。控制點布設的核心問題是，如何避免高壓輸電線電流的干擾，盡量保證控制點的通視效果方便后續加密點布設，提高控制點的利用率。控制網布設技術措施：1）采用“之”字形走向布設，避開上空高壓輸電線電流干擾。2）選擇在施工結構物附近布設控制點（如擋墻、涵洞、橋梁、天橋）可減少后續加密點測量工作任務。3）利用有利地勢盡量將控制點布設在地勢較高且周圍開闊視線較好的區域；并將控制網的橫向網形拉開保證網形質量，對最終數據平差處理具有重要作用。

3控制點布置

控制點布置遵循以下原則［1］：1）盡可能的選擇測站點四周開闊，15°上空無遮擋。2）盡可能避免電磁波干擾源，距離無線電發射臺大于200m，距離高壓輸電線大于50m；3）減弱多路徑效應的影響，觀測站附近不應有大面積的幕墻、水庫、林區、玻璃反射物或對電磁波反射（或吸收）較強的物體。4）觀測站應選擇在交通方便且易于保存的地方。根據布置原則，經現場勘察并計算各邊長度及控制網夾角，根據設計單位提供的控制點Z4、Z5、Z7、Z8、D14之外另增加兩個加密點ZD3、ZD5來增強控制網的幾何條件，測站點周邊開闊視線良好，地理位置優越。

4外業測量

4.1施測方案。根據設計圖紙該段公路設計等級為一級公路，本次靜態GPS控制網平面復測等級為四等。布網方法采用邊連式，測站觀測調度采用翻轉式。本次平面控制測量控制點為工程施工主控制網，計劃3d時間內完成測量外野數據采集及內業數據平差處理。4.2測量等級規范要求。PDOP（空間位置精度因子）反映定位精度衰減的因子與所測衛星的空間幾何分布有關，空間分布范圍越大，PDOP值越小，定位精度越高；反之，PDOP值越大，定位精度越低［2］。4.3人員設備要求。針對嵩明北互通至國道213連接線工程線路地理環境較復雜通視效果差等因素，為達到施工測量的高精度和提高測量工作效率的目的，避免影響施工質量和進度，復測配備了先進的、高精度的測量儀器以及經驗豐富的測量人員加以保證。人員投入情況：控制網復測總工李云華；測量技術技術負責人柏興洋；作業員方建軍、普艷迪、袁帥，共5名測量專業技術人員。測量儀器包括：中海達V30接收機5臺套（雙頻），便攜計算機2臺，打印機1臺，卡西歐計算器2臺，汽車1臺，GPS接收機基座5個，腳架5個，溫度臺，儀器維修工具包1個。作業人員應遵守本單位的安全生產管理制度和操作細則，愛護正確使用儀器、設備、工具、及安全防護裝備，服從安全管理，了解其作業場所、工作崗位存在的危險因素及防護措施；外業人員還應掌握必要的野外生存、避險和相關應急技能［3］。4.4測前準備工作。1）查看衛星星歷選擇衛星分部良好的時段經行數據采集。2）對使用的測量儀器設備經行檢定校核，消除儀器測量偏差（含GPS檢定、基座、腳架檢查）。3）查看近期天氣預報選擇良好的天氣進行觀測，避免在陰雨天、大霧天、多云等不良氣候條件下觀測。4）調試儀器測設模式、采樣間隔、衛星高度截止角；查看儀器觀測記錄是否正常。5）編制外業觀測記錄表包含觀測日期、時段、設備型號、儀器編號、儀器高度、觀測過程情況說明，并打印整理以備使用。6）了解測區地理位置、范圍、控制網的面積。7）掌握GPS控制測量精度等級、點位分布及點的數量。8）熟悉測區交通情況、水系分布、植被情況、居民分布情況、原有控制點等級情況。4.5數據采集。采用5臺GPS設備同時進行數據采集，測量調度采用翻轉法架站采集，共觀測2個測回。一共有7個控制點，其中5個為已知點2個為加密點。首先5臺機子分別架設在Z5、ZD3、D14、ZD5、Z4上進行第1個測回觀測，隨后將Z5、ZD3這兩個觀測點上的儀器設備轉移到Z7、Z8點上架設，其余3臺儀器設備保持在原有測站點上不變。在同時開機進行第2測回的數據采集。數據采集過程應注意事項：1）儀器設備同時段開機、關機進行數據采集。2）儀器設備采樣間隔、衛星高度截止角設置參數保持一致。3）儀器觀測過程中不可以斷電如果發生斷電則該測回需要重新進行數據采集。4）保持儀器腳架的穩定性，基座嚴格對中，從不同方位準確量取儀器高度取平均值（測量精度0.001m）。5）外業記錄手簿要詳細記錄，字跡清晰，點號、儀器編號、高度尤其重要，數據不得有誤。6）儀器更換電池需要注意將機頭卸下后再更換電池。7）開機后在儀器5m范圍內不允許使用手機、對講機，避免對接收機的信號產生干擾。8）觀測過程中記錄人員不得超過儀器10m遠，測量過程中注意觀察儀器測量狀態。

5內業數據平差處理

5.1內業數據處理流程。數據傳輸拷貝→修改觀測文件點名→打開平差軟件→導入觀測文件數據→修改儀器高度→基線解算→檢查基線是否合格（如不合格）→修改采樣間隔、衛星高度截止角、人工處理基線殘差序列→再次解算→檢復基線、同步環、異步環是否合格→輸入對應已知點進行平差處理→三維平差→二維平差→高程擬合→網平差處理→生成平差報告5.2軟件參數設置。平差軟件采用HGO平差處理，首先新建項目：輸入項目名、選擇保存路徑；設置項目屬性輸入項目基本信息項目名稱、施工單位、責任人、測量員、測量日期相關信息。再進行限差設置，測量規范選擇《全球定位系統（GPS）測量規范》2009版。測量等級選擇D級、儀器精度10、比例誤差1。坐標系統設置：橢球選擇源橢球與目標橢球，根據設計提供的測量資料源橢球采用WGS84，當地橢球采用北京54。投影設置：投影方法采用高斯投影三度帶，中央子午線103°，東向加常數500000，投影高度1950。5.3數據導入。數據導入可以多選導入、導入目錄、導入手簿項目數據導入時軟件信息狀態欄會進行相應提示及觀測位置點位自動糾正。5.4檢查觀測數據質量。［4］1）單點定位與質檢：查看質量檢查欄是否提示指標超限或通過，以及其他指示初步判斷數據好壞。2）觀測序列圖：查看衛星觀測序列圖完整情況判斷數據的好壞。3）衛星圖：通過衛星圖查看觀測位置衛星被遮擋情況、及信噪比圖判斷靜態數據的好壞。5.5基線處理。軟件自動處理基線有時會出現基線重復基線、同步環、閉合環不合格的情況，對于不合格基線、重復基線、同步環、閉合環，單獨處理對應的基線，直到全部符合項目屬性設置的規范要求為止。5.5.1基線處理詳細步驟。1）選擇基線處理設置解算設置參數，保存至全部。2）點擊菜單欄的基線處理選擇處理全部基線，軟件自動解算全部基線；或者點擊導航欄的處理基線選擇處理全部，軟件自動解算全部基線。3）繼續處理軟件自動解算不合格基線、同步環、異步環、重復基線直到合格為止。處理基線時，主要看兩個指標：ratio值、rms值，ratio值>2，越大越好，最大99。rms值基線中誤差，越小越好，一般調整<8mm。考核基線質量的附加條件有：重復基線、同步環、異步環。GPS為靜態解算的主要衛星，Glonass和北斗作為輔助，使用基線殘差序列處理基線時，盡可能保留更多的GPS衛星信號。5.5.2不合格基線產生的原因。［5］①觀測時間過短；②測區內有遮擋；③觀測位置有信號干擾；④多路徑效應。5.5.3不合格基線處理方法：1）通過“解算設置”參數，即調整高度截止角、采樣間隔、最少歷元數、GNSS衛星系統與解算、BDS或GLONASS不參與解算，然后保存至“選中”，單擊菜單欄“基線處理”選擇“處理選定基線”；或點擊鼠標右鍵選擇“解算”，直到該條基線合格為止。2）有時通過設置解算設置參數，發現基線還是不合格，則可以結合調整基線殘差序列來進行交叉處理，這是基線處理的強大工具，但此方法工作量較大。基線殘差序列處理方法①把偏離中線較大的衛星信號截掉；②把波動較大的衛星刪除；③把質量差的衛星信號去掉；再次解算，反復處理，直到各條基線均合格為止［6］。3）如果未通過的同步環中有一條基線重復出現，表明這條基線的同步環觀測質量差，對于這條基線，用戶可以選擇禁用。5.6平差處理。1）把站點轉為控制點。選擇測區較遠且點位精度較高的兩個控制點，轉為控制點，編輯控制屬性，輸入已知坐標。2）平差設置。根據項目情況及已知點情況，選擇設置平差相對應的參數、基線定權。3）選擇平差類型。自由網平差、約束平差、二維約束平差及高程擬合，點擊自動平差或單個平差。平差時查看X2檢驗，和Tau檢驗是否通過，如果不通過，返回檢查基線。4）導出平差報告。平差報告參數設置后，生成并導出報告，查看平差后目標站點坐標。5.7測量成果質量檢查評定。［7］內容1）使用儀器的精度等級、狀態。2）外業觀測過程中多余觀測、各項限差、技術指標情況。3）記錄完整準確性、記錄項目齊全性。4）提交成果完整性、準確性。5）技術報告內容完整性、統計數據的準確性、結論的可靠性。

6結語

GPS靜態測量可實現測站之間無需通視，定位精度高、測量時間短、操作輕便、提供三維坐標、全天候作業［8］，對公路工程測量具有重要作用。目前該項目控制網復測已按所述相關測量技術要求規范完成施工復測工作，有效的避免了高壓輸電線電流對接收機信號的干擾，充分利用地形地貌將控制點的利用率發揮最大化，保證測量成果精度，控制網的布設和后續做加密使用達到的預期效果。

參考文獻：

［1］GB/T18314-2009全球定位系統（GPS）測量規范［S］．

［2］CH/T2009-2010全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范［S］．

［3］CH/1016-2008測繪作業人員安全規范［S］．

［4］GB/T24356-2009測繪成果質量檢查與驗收［S］．

［5］韓寶明.淺談對GPS不合格基線處理的幾種方法［J］.建筑工程技術設計，2018,（2）:539．

［6］徐衛波.分析測繪工程中的GPS靜態測量數據處理［J］.貴州電力設計院，2014,（1）:333.

［7］CJJ/T73-2010衛星定位城市測量技術規范》［S］.

［8］周國濤.淺談GPS在公路工程測量中的應用［J］.建材發展導向，2015,（6）:221-222.

作者:柏興洋 孔德浩 單位:中國水利水電第十四工程局有限公司