余章蓉

摘要：為滿足學(xué)校測(cè)繪工程及土木工程等專業(yè)的測(cè)量實(shí)訓(xùn)要求，昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院空港校區(qū)建設(shè)了校園測(cè)量控制網(wǎng)，為相關(guān)課程的測(cè)量實(shí)訓(xùn)提供了測(cè)量場(chǎng)所，有利于提高學(xué)生的動(dòng)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(luò)RTK技術(shù)測(cè)量，高程控制采用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量，最終通過(guò)有效的方式進(jìn)行了成果檢核，各項(xiàng)精度指標(biāo)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(guān)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(cè)量實(shí)踐課程對(duì)測(cè)繪工程及相關(guān)工程建設(shè)專業(yè)的學(xué)生掌握測(cè)量技能非常重要，為有效的開(kāi)展測(cè)量實(shí)踐課，為測(cè)量學(xué)、控制測(cè)量、地籍測(cè)量、數(shù)字測(cè)圖等實(shí)踐課程提供測(cè)量起算成果，需在校園內(nèi)布設(shè)教學(xué)用測(cè)量控制網(wǎng)[1]。控制網(wǎng)的布設(shè)測(cè)量，已經(jīng)從全站儀導(dǎo)線測(cè)量向GNSS測(cè)量方法轉(zhuǎn)變[2]。如何快速布設(shè)校園控制網(wǎng)，并滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[3，4]以及教學(xué)實(shí)踐課程[5，6，7]的要求，是本文研究和需要解決的問(wèn)題。本文以昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院空港校區(qū)教學(xué)測(cè)量控制網(wǎng)的建設(shè)為例，對(duì)在校園內(nèi)進(jìn)行測(cè)量控制網(wǎng)建設(shè)過(guò)程進(jìn)行分析，按照控制網(wǎng)形設(shè)計(jì)、選點(diǎn)、埋石、觀測(cè)、計(jì)算及檢核等建設(shè)流程，分享在校園測(cè)量控制網(wǎng)建設(shè)的方法及建設(shè)過(guò)程中所積累的經(jīng)驗(yàn)。

1? 需求分析及已有成果資料

1.1 需求分析

昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院設(shè)有測(cè)繪工程、土木工程、水利水電工程等專業(yè)，均需開(kāi)設(shè)測(cè)量學(xué)、工程測(cè)量及相關(guān)專業(yè)課。雖然在校外設(shè)有測(cè)繪實(shí)習(xí)基地，但距離較遠(yuǎn)、難以滿足日常的課程安排隨時(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作的要求。因此，需在校園內(nèi)布設(shè)校園控制網(wǎng)，以便及時(shí)開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。校園控制網(wǎng)主要滿足測(cè)量學(xué)角度測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量，工程測(cè)量施工放樣，地籍測(cè)量，數(shù)字化測(cè)圖，GPS課程等實(shí)踐課程以及為校園測(cè)量技能大賽對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)的需要。

1.2 已有成果資料

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

①昆明市連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)[8]（KMCORS），津橋?qū)W院位于KMCORS站點(diǎn)覆蓋范圍以內(nèi)（見(jiàn)圖 1），距離最近的站點(diǎn)約15千米，能夠有效接收KMCORS發(fā)布的差分服務(wù)，可作為校園控制網(wǎng)建設(shè)的平面坐標(biāo)框架，作為平面坐標(biāo)基準(zhǔn)的引入，可大大節(jié)約觀測(cè)時(shí)間和建設(shè)成本。

②校園施工建設(shè)時(shí)，昆明市規(guī)劃測(cè)繪部門為學(xué)校施測(cè)提供了2個(gè)二級(jí)控制點(diǎn)（含四等水準(zhǔn)）成果，平面基準(zhǔn)為昆明市城建地方坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，其平面坐標(biāo)可作為平面控制布設(shè)時(shí)的檢核點(diǎn)，其高程坐標(biāo)可作為高程基準(zhǔn)引入。

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

2? 控制網(wǎng)設(shè)計(jì)及建設(shè)

2.1 控制網(wǎng)總體設(shè)計(jì)

按照控制網(wǎng)“分級(jí)布設(shè)、逐級(jí)控制”的布網(wǎng)原則和要求，校園控制網(wǎng)的建設(shè)同樣遵循這一原則，同時(shí)兼顧方便教學(xué)，考慮學(xué)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(lái)進(jìn)行布設(shè)。此外，還應(yīng)考慮控制點(diǎn)易于埋設(shè)和保存，并能夠確保整個(gè)校園區(qū)域的全覆蓋，同時(shí)滿足較好的通視條件，以及滿足不同測(cè)量專業(yè)對(duì)控制點(diǎn)布設(shè)的需求。

校園控制網(wǎng)按照兩極布設(shè)，包括首級(jí)控制網(wǎng)和加密控制網(wǎng)。首級(jí)控制網(wǎng)作為校園平面和高程控制的基準(zhǔn)網(wǎng)，加密控制網(wǎng)在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密，使得控制點(diǎn)達(dá)到一定的密度。

昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院空港校區(qū)（南校區(qū)）規(guī)劃430.67畝，長(zhǎng)約550米，寬約520米，地形總體平坦，無(wú)高層建（構(gòu)）筑物，視線開(kāi)闊，無(wú)較大遮擋，有利于GNSS控制點(diǎn)的布設(shè)和觀測(cè)。同時(shí)，部分區(qū)域?yàn)槠碌氐匦?，也給控制點(diǎn)的布設(shè)和觀測(cè)帶來(lái)一定的困難，校區(qū)平面布局影像圖見(jiàn)圖 2。

校園控制網(wǎng)設(shè)計(jì)充分考慮平面控制和高程控制相統(tǒng)一的原則進(jìn)行布設(shè)。由圖 2可知，校園范圍接近于500m邊長(zhǎng)的正方形。平面控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)，結(jié)合測(cè)繪行業(yè)規(guī)范[4]關(guān)于平面控制網(wǎng)的邊長(zhǎng)的規(guī)定，校園控制網(wǎng)的平面控制邊長(zhǎng)最大可滿足GNSS RTK一級(jí)控制點(diǎn)[4]（≥500m）的要求，見(jiàn)表 1。結(jié)合校園的實(shí)際地形情況，綜合考慮通視、網(wǎng)形等基本布設(shè)和觀測(cè)條件，首級(jí)控制網(wǎng)實(shí)際按照GNSS RTK 二級(jí)點(diǎn)的邊長(zhǎng)要求（平均邊長(zhǎng)大于300m）布設(shè)測(cè)量。

施測(cè)方法充分利用KMCORS的便利性，可大大節(jié)約觀測(cè)時(shí)間，同時(shí)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(shè)二級(jí)平面控制點(diǎn)，作為校園網(wǎng)首級(jí)平面控制。加密控制點(diǎn)統(tǒng)一按照?qǐng)D根控制要求進(jìn)行布設(shè)測(cè)量，平均邊長(zhǎng)要求大于100m，同樣采用GNSS RTK的方式進(jìn)行測(cè)量。

控制網(wǎng)的高程控制，由于經(jīng)費(fèi)及場(chǎng)地的限制，點(diǎn)位采用同平面控制點(diǎn)點(diǎn)位一致。為了將1985國(guó)家高程基準(zhǔn)引入校內(nèi)，學(xué)校外有四等水準(zhǔn)控制點(diǎn)2點(diǎn)。為確保觀測(cè)精度符合規(guī)范要求，以其中一點(diǎn)的四等高程成果作為高程起算，按照閉合水準(zhǔn)的方式布網(wǎng)。為達(dá)到校園二等水準(zhǔn)控制測(cè)量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，因此高程控制按照二等水準(zhǔn)[9]要求進(jìn)行觀測(cè)，形成多條閉合水準(zhǔn)路線，最終統(tǒng)一平差計(jì)算高程控制成果。

2.2 控制點(diǎn)選點(diǎn)

控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，分別進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量，但點(diǎn)位的布設(shè)保持一致，即所布設(shè)的控制點(diǎn)既進(jìn)行平面坐標(biāo)的測(cè)量，也進(jìn)行高程的測(cè)量。點(diǎn)位沿校園內(nèi)部道路進(jìn)行布設(shè)，相鄰點(diǎn)之間相互通視線，且距離盡量保持大致相等。

首級(jí)平面控制為GNSS二級(jí)控制網(wǎng)，共設(shè)置有5個(gè)控制點(diǎn)，分別位于校區(qū)的四周，相鄰點(diǎn)通視，平均邊長(zhǎng)354.4m。圖根控制點(diǎn)，共19點(diǎn)，分別位于校區(qū)內(nèi)各道路交叉口，相鄰點(diǎn)間距離盡量保持大致相等并兩兩通視，平均邊長(zhǎng)114.8m。高程控制網(wǎng)的布設(shè)，點(diǎn)位同平面控制點(diǎn)點(diǎn)位相同，形成5條閉合水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)?？刂泣c(diǎn)布設(shè)圖見(jiàn)圖 3。

2.3 控制點(diǎn)埋石

為達(dá)到控制點(diǎn)標(biāo)識(shí)美觀和穩(wěn)定可靠，控制點(diǎn)標(biāo)志統(tǒng)一設(shè)計(jì)定制，材料為預(yù)制鋼釘。鋼釘螺帽上刻有控制點(diǎn)的編號(hào)，采用津橋?qū)W院首字母JQ+順序號(hào)的方式編號(hào)。學(xué)校地面硬化程度較好，鋼釘?shù)穆裨O(shè)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(jiàn)圖 4。

2.4 控制點(diǎn)觀測(cè)

2.4.1 平面控制網(wǎng)

平面首級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量利用KMCORS，采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，校園網(wǎng)平面首級(jí)控制網(wǎng)按照GNSS RTK二級(jí)控制點(diǎn)的觀測(cè)要求進(jìn)行施測(cè)，每個(gè)點(diǎn)必須測(cè)量3個(gè)測(cè)回以上，并且測(cè)回間平面坐標(biāo)分量X/Y較差須小于2cm，高程較差須小于3cm，單個(gè)測(cè)回RTK測(cè)量的要求按照行業(yè)規(guī)范CJJ/T73的要求進(jìn)行。加密控制點(diǎn)按照?qǐng)D根控制點(diǎn)測(cè)量要求，采用GNSS RTK測(cè)量的方式進(jìn)行，測(cè)回?cái)?shù)只須滿足每個(gè)點(diǎn)不少于2個(gè)測(cè)回的要求，其他觀測(cè)要求同GNSS RTK二級(jí)控制點(diǎn)要求一致。

施測(cè)前，利用已有二級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)前檢核，平面及高程坐標(biāo)均小于5cm。為減少對(duì)中桿的對(duì)中誤差，測(cè)量時(shí)均利用三角支架架設(shè)天線的方式進(jìn)行RTK測(cè)量。控制點(diǎn)成果測(cè)回間較差滿足規(guī)范要求的情況下，取X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)取測(cè)回平均值作為最終平面坐標(biāo)。平面控制坐標(biāo)系統(tǒng)命名為“2017年津橋?qū)W院空港坐標(biāo)系”。

2.4.2 高程控制網(wǎng)

高程控制采用科力達(dá)DL-2003電子水準(zhǔn)儀（每公里往返測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到0.3mm），按照二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求測(cè)段往返觀測(cè)。由于已有二級(jí)控制點(diǎn)的高程成果為四等水準(zhǔn)成果，為避免符合水準(zhǔn)路線的不符合，觀測(cè)時(shí)采用單點(diǎn)閉合至某一已有二級(jí)控制點(diǎn)的方法觀測(cè)，將1985高程基準(zhǔn)引入。觀測(cè)前進(jìn)行了i角的測(cè)定，觀測(cè)視線長(zhǎng)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(jiàn)表 2。

二等水準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)站觀測(cè)限差要求，見(jiàn)表 3。

最終，水準(zhǔn)路線形成5個(gè)閉合環(huán)。觀測(cè)完成后，確認(rèn)觀測(cè)成果全部符合規(guī)定后，方可進(jìn)行外業(yè)計(jì)算。外業(yè)計(jì)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(xiàng)計(jì)算。

內(nèi)業(yè)計(jì)算利用儀器自帶軟件導(dǎo)出觀測(cè)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行內(nèi)業(yè)平差計(jì)算。觀測(cè)高差，需要進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正，然后計(jì)算環(huán)線閉合差。

由于校園高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)環(huán)少于20個(gè)，因此不計(jì)算每千米水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差。最后，采用COSA軟件進(jìn)行水準(zhǔn)網(wǎng)平差，以測(cè)段長(zhǎng)度定權(quán)，按嚴(yán)密平差方法進(jìn)行平差，分別由兩人各自獨(dú)立計(jì)算，并核對(duì)無(wú)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(cè)

為確?？刂凭W(wǎng)的精度，按照CJJ/T73動(dòng)態(tài)衛(wèi)星定位網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行邊長(zhǎng)、角度或?qū)Ь€聯(lián)測(cè)檢核的要求，首級(jí)控制點(diǎn)平面坐標(biāo)采用全站儀導(dǎo)線聯(lián)測(cè)方式進(jìn)行檢核，主要技術(shù)指標(biāo)如表 5。

4? 結(jié)束語(yǔ)

本文采用昆明市連續(xù)運(yùn)行參考站，利用GNSS RTK技術(shù)快速布設(shè)校園首級(jí)平面控制網(wǎng)，節(jié)約時(shí)間的同時(shí)，控制點(diǎn)邊長(zhǎng)、精度等設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。高程控制網(wǎng)，點(diǎn)位同平面點(diǎn)重合，利用二等直接水準(zhǔn)的方式測(cè)量，彌補(bǔ)GNSS RTK控制高程精度不足的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了校園控制網(wǎng)的快速布設(shè)和成果解算，校園控制網(wǎng)的實(shí)際建設(shè)時(shí)間3天完成，大大縮短了建設(shè)周期。

本文對(duì)昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院空港校區(qū)校園控制網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的描述，以控制網(wǎng)建設(shè)實(shí)例對(duì)在校園控制網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行了一定的經(jīng)驗(yàn)分享。同時(shí)，通過(guò)校園控制網(wǎng)的建設(shè)，進(jìn)一步提高了教師的實(shí)踐能力，有利于教師在今后的教學(xué)過(guò)程中將理論與實(shí)際更好的結(jié)合。而校園控制網(wǎng)的建設(shè)，為學(xué)生學(xué)習(xí)期間的實(shí)踐操作提供了極大的便利，使學(xué)生能根據(jù)理論課程的要求，隨時(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，為他們今后走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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