于洋 孔慶波

摘 要：山嶺地區(qū)山巒起伏、森林茂密、荊棘叢生，導(dǎo)致通視及通行條件極差。因此，山嶺地區(qū)的高等級(jí)公路工程，一般是由大量的橋梁和隧道工程連接而成，工程復(fù)雜，技術(shù)難度大，必須要建立高精度的施工測(cè)量控制網(wǎng)，滿(mǎn)足工程施工的需要。文章介紹山區(qū)公路施工控制網(wǎng)的布設(shè)方法，注意事項(xiàng)及測(cè)量方法，解算方式。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；高等級(jí)公路；施工控制網(wǎng)

1 工程概況

現(xiàn)以某山區(qū)高速公路為例，其沿線(xiàn)地形起伏較大，通視、通行條件極為不便，野外作業(yè)難度非常大。本標(biāo)段控制網(wǎng)為獨(dú)立坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。平面坐標(biāo)采用四等GPS控制網(wǎng)控制，高程采用四等水準(zhǔn)控制。

2 平面控制網(wǎng)的布設(shè)及測(cè)算

2.1 四等GPS控制點(diǎn)布設(shè)

本工程有幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）呈帶狀不規(guī)則區(qū)域，起始段呈南北走向，后半段呈東西走向；（2）線(xiàn)路里程較長(zhǎng)；（3）沿線(xiàn)森林茂密，地形起伏較大，同時(shí)條件極差；（4）沿線(xiàn)周?chē)阎c(diǎn)較少。

本測(cè)區(qū)通視條件差，沿線(xiàn)高級(jí)控制點(diǎn)稀少，故應(yīng)按照“整體布局，分級(jí)控制”的原則布設(shè)四等GPS控制點(diǎn)，作為沿線(xiàn)的首級(jí)控制，然后再進(jìn)行加密控制點(diǎn)的布設(shè)。兩個(gè)GPS點(diǎn)一般不超過(guò)2km，全線(xiàn)布設(shè)30個(gè)四等GPS控制點(diǎn)，且至少要兩兩通視。GPS控制點(diǎn)應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固，視野開(kāi)闊，高度角在15°以上范圍內(nèi)沒(méi)有障礙物的地方，附近不能有高壓線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)電等強(qiáng)烈干擾接受衛(wèi)星信號(hào)的干擾源或強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物體。選取GPS控制點(diǎn)是應(yīng)該盡量交叉路線(xiàn)進(jìn)行選擇，不要都在路線(xiàn)的一側(cè)布設(shè)，來(lái)影響定位精度。

2.2 四等GPS控制網(wǎng)的測(cè)算

GPS控制測(cè)量觀測(cè)前，應(yīng)對(duì)接收機(jī)進(jìn)行預(yù)熱和靜置，同時(shí)應(yīng)檢查電池的電量、接收機(jī)的內(nèi)存和可存儲(chǔ)空間是否充足，然后安置儀器，量取天線(xiàn)高，觀測(cè)時(shí)應(yīng)該同時(shí)開(kāi)機(jī)，開(kāi)始記錄，同時(shí)做好測(cè)站記錄，包括控制點(diǎn)的點(diǎn)名、接收機(jī)的序列號(hào)、儀器高、開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間等相關(guān)的測(cè)站信息。四等GPS控制網(wǎng)的觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度要求是在15～45分鐘，所以我們把觀測(cè)時(shí)間定位45分鐘，這樣解算的時(shí)候可用的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)多一些。

將各GPS點(diǎn)依次相聯(lián)組成幾何圖形就能獲得GPS網(wǎng)形。對(duì)于GPS控制網(wǎng)宜采用有多個(gè)多邊形閉合環(huán)組成，且相鄰閉合環(huán)之間依邊連接的圖形。在此，每條邊代表兩臺(tái)GPS接收機(jī)在該邊兩端點(diǎn)上同步連測(cè)所得的一個(gè)獨(dú)立基線(xiàn)向量。如果在一個(gè)測(cè)段內(nèi)，同步連測(cè)的接收機(jī)多于兩臺(tái)（設(shè)為m臺(tái)，m>2），則只能獲得m-1個(gè)獨(dú)立基線(xiàn)向量。也就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)的GPS控制網(wǎng)中所包含的任一觀測(cè)時(shí)段中的獨(dú)立基線(xiàn)向量只能使m-1個(gè)，多了則參入了不應(yīng)有的觀測(cè)值，少了則錯(cuò)失了有用的觀測(cè)值。為此，在安排觀測(cè)計(jì)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)好的網(wǎng)形，決定每測(cè)段中基線(xiàn)向量的取舍。以確定GPS網(wǎng)確實(shí)是由獨(dú)立基線(xiàn)向量所組成的。

在山區(qū)高等級(jí)公路布設(shè)GPS控制網(wǎng)時(shí)，每?jī)蓚€(gè)相鄰異步環(huán)之間最好還是采用邊連式（兩環(huán)之間有兩個(gè)公共點(diǎn)），而不宜采用點(diǎn)連式（兩環(huán)之間一個(gè)公共點(diǎn)）。因?yàn)橛泄策吪B的多個(gè)閉合環(huán)的網(wǎng)形比僅有一個(gè)公共點(diǎn)連接的網(wǎng)形具有更高的圖形強(qiáng)度，并且在不增加野外工作量的條件下，卻能獲得相同的多余觀測(cè)數(shù)。

本標(biāo)段GPS控制網(wǎng)的解算采用的是中海達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件。接收機(jī)采用的是的拓普康HiperGB。由于所用的數(shù)據(jù)處理軟件和接收機(jī)不是同一廠(chǎng)商的，所以導(dǎo)出來(lái)的原始數(shù)據(jù)要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。目前，最常用的格式是RINEX格式，中海達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件能夠直接處理此格式的數(shù)據(jù)。解算過(guò)程如下：

（1）外業(yè)輸入數(shù)據(jù)的檢查與修改。在讀入了GPS觀測(cè)值數(shù)據(jù)后，就需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢查，檢查項(xiàng)目包括：測(cè)站名、點(diǎn)號(hào)、測(cè)站坐標(biāo)、天線(xiàn)高等。對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行檢查的目的，是為了避免外業(yè)操作時(shí)的誤操作。

（2）設(shè)定基線(xiàn)解算的控制參數(shù)?；€(xiàn)解算的控制參數(shù)用以確定數(shù)據(jù)處理軟件采用何種處理方法來(lái)進(jìn)行基線(xiàn)解算，設(shè)定基線(xiàn)解算的控制參數(shù)是基線(xiàn)解算時(shí)的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，通過(guò)控制參數(shù)的設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)基線(xiàn)的精化處理。

（3）基線(xiàn)解算?；€(xiàn)解算的過(guò)程一般是軟件自動(dòng)進(jìn)行的，無(wú)須過(guò)多人工干預(yù)。

（4）基線(xiàn)質(zhì)量的檢驗(yàn)。基線(xiàn)解算完畢后，基線(xiàn)結(jié)果并不能馬上用于后續(xù)的處理，還必須對(duì)基線(xiàn)的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，只有質(zhì)量合格的基線(xiàn)才能用于后續(xù)的處理，如果不合格，則需要對(duì)基線(xiàn)進(jìn)行重新解算或重新測(cè)量?；€(xiàn)的質(zhì)量檢驗(yàn)需要通過(guò)RATIO、RDOP、RMS、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差和重復(fù)基線(xiàn)較差來(lái)進(jìn)行。

（5）GPS基線(xiàn)網(wǎng)平差。GPS網(wǎng)平差分為無(wú)約束平差，約束平差和聯(lián)合平差。首先進(jìn)行三維無(wú)約束平差，判斷所構(gòu)成的GPS網(wǎng)中是否有粗差基線(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)含有粗差的基線(xiàn)，需要進(jìn)行相應(yīng)的處理，必須使得最后用于構(gòu)成控制網(wǎng)的所有基線(xiàn)向量均滿(mǎn)足質(zhì)量要求。調(diào)整各基線(xiàn)向量觀測(cè)值的權(quán)，使得他們相互匹配。然后進(jìn)行約束平差，制定進(jìn)行平差的基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)，指定起算數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)約束條件的質(zhì)量，進(jìn)行平差解算。

3 高程控制網(wǎng)的布設(shè)及測(cè)算

3.1 高程控制網(wǎng)的布設(shè)

在傳統(tǒng)的道路施工測(cè)量中，全站儀主要用于平面測(cè)量而高程主要靠水準(zhǔn)儀幾何水準(zhǔn)測(cè)量，近年來(lái)隨著全站儀精度的提高，三角高程已經(jīng)可以取代三、四等水準(zhǔn)測(cè)量，工程實(shí)踐和文獻(xiàn)介紹表明，三角高程甚至有取代二等水準(zhǔn)測(cè)量的趨勢(shì)。這證明道路施工中完全可以用全站儀代替水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測(cè)量。本標(biāo)段就是采用全站儀三角高程測(cè)量方法，高程控制網(wǎng)的布設(shè)是在平面控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上布設(shè)成三角高程網(wǎng)，測(cè)區(qū)的高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3.2 高程控制網(wǎng)的測(cè)算

在測(cè)站上安置全站儀，量取儀器高i，在目標(biāo)點(diǎn)上安置棱鏡，量取棱鏡高t。用全站儀瞄準(zhǔn)棱鏡，進(jìn)行測(cè)量，讀取兩點(diǎn)間的水平距離D，高差。盤(pán)左、盤(pán)右觀測(cè)為一測(cè)回，一般觀測(cè)2～4個(gè)測(cè)回，取其平均值。然后進(jìn)行計(jì)算。

如圖1所示，設(shè)A，B為地面上高度不同的兩點(diǎn)。已知A點(diǎn)高程HA，只要知道A點(diǎn)對(duì)B點(diǎn)的高差HAB即可由HB=HA+hAB得到B點(diǎn)的高程HB。

圖1

圖中：D為A、B兩點(diǎn)間的水平距離а為在A點(diǎn)觀測(cè)B點(diǎn)時(shí)的垂直角i為測(cè)站點(diǎn)的儀器高，t為棱鏡高HA為A點(diǎn)高程，HB為B點(diǎn)高程。V為全站儀望遠(yuǎn)鏡和棱鏡之間的高差（V=Dtanа）首先我們假設(shè)A，B兩點(diǎn)相距不太遠(yuǎn)，可以將水準(zhǔn)面看成水準(zhǔn)面，也不考慮大氣折光的影響。為了確定高差hAB，可在A點(diǎn)架設(shè)全站儀，在B點(diǎn)豎立棱鏡桿，觀測(cè)垂直角а，并直接量取儀器高i和棱鏡高t，若A，B兩點(diǎn)間的水平距離為D，則hAB=V+i-t。

故 HB=HA+Dtanа+i-t

這就是三角高程測(cè)量的基本公式，但它是以水平面為基準(zhǔn)面和視線(xiàn)成直線(xiàn)為前提的。因此，只有當(dāng)A，B兩點(diǎn)間的距離很短時(shí)，才比較準(zhǔn)確。當(dāng)A，B兩點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，就必須考慮地球彎曲和大氣折光的影響了。所以為了消除地球曲率與大氣折光的影響，我們進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，來(lái)使其相互抵消。這樣，就可以根據(jù)上面的計(jì)算公式算出兩點(diǎn)之間的高差，再算出高差閉合差之后，把高差閉合差根據(jù)水平距離平均分配到每段觀測(cè)高差里，從而計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)之間的改正后的高差，根據(jù)已知點(diǎn)的高程推算出未知點(diǎn)的高程。

4 結(jié)束語(yǔ)

在高山密林地區(qū)進(jìn)行高等級(jí)公路施工控制測(cè)量時(shí)，應(yīng)該應(yīng)用GPS技術(shù)結(jié)合常規(guī)的測(cè)量技術(shù)，來(lái)充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。為了保證平面控制的精度，應(yīng)適當(dāng)限制導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度，在現(xiàn)在GPS技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，是既省時(shí)省力，又能提高精度的可行方案。對(duì)于長(zhǎng)隧道，特大橋等工程應(yīng)當(dāng)在建立統(tǒng)一控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立獨(dú)立的控制網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)

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