GPS靜態控制測量在鐵路施工中的應用

朱敏

【摘要】鐵路的平面控制測量，包括線路、橋梁、管涵以及其他大型構筑物的平面控制測量。線路平面控制網又是鐵路平面控制的主控網，沿線各種工程的平面控制網應聯系主干路線主控網上。應用GPS技術在中南部鐵路通道某標段建立的平面控制網，觀測成果的穩定可靠，滿足施工生產的要求。

【關鍵詞】GPS控制網；靜態測量；鐵路；數據處理

GPS靜態測量是利用GPS接收機進行定位測量的一種，主要用于建立各種的控制網。GPS靜態測量與傳統布設平面控制的方法相比，具有全天候、測站間無需保持通視、精度高、速度快等優點，該技術得到了越來越廣泛的應用。 GPS靜態測量是在GPS定位過程中測站接收機天線的位置相對固定，用多臺接收機在不同測站上進行相對定位的同步觀測，通過大量重復觀測站間的相對位置，以求得待定點的坐標。

一、工程概況

中南部鐵路通道15標段全長12.5km，為上行下行兩條聯絡線。線路包括一座特大橋，三座大橋，五座橋涵，部分高填方路基。特大橋全長3km，正跨京九線，下穿中南部鐵路通道正線。三座大橋跨過一條地方河流，上下行線路最終分別并入京九線。

本標段線路雖然地處平原區，地勢平坦，但線路兩邊村寨密集，有較多林地，樹木高大茂密。線路多為曲線，跨越河流，兩條線路形成梨形狀。采用傳統的線路平面控制測量方法難以實現施工精度和效率的要求，所以選擇GPS靜態測量方法，對該標段線路進行平面控制測量

二、基礎資料的獲取及使用

根據任務的需要，在進行GPS靜態測量工作前，收集測區范圍既有的控制測量成果和地形圖資料。對于甲方提供的測區附近國家高等級控制點成果表、點之記等，這些資料在交接時要確認施測年代、依據規范、平高系統、控制點成果等級。收集測區范圍內的地形圖資料，包括測區范圍內及周邊地區各種比例尺地形圖、專業用圖及測區總體建設規劃和近期發展方面的資料資料，要確認地圖的比例尺、施測年代、作業單位、依據規范、平高系統、成圖質量等。控制資料的坐標系統、高程系統與項目要求坐標系統不一致，應收集、整理這些不同系統間的換算關系

三、GPS點的布設與實施

GPS控制網布測前應進行技術設計，以得到最優的布測方案。本標段設計采用GPS網建立獨立平面控制網，網形布置成三角形網，采用邊連式進行觀測。按照《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T18314-2009）中D級要求施測。以甲方交付的二等點“SX2044，SX2043”為起算點。控制點分布均勻，相鄰邊長之比小于1/2。

根據收集到的測區地形圖、國家高等級已知點點之記等資料到現場踏勘選點。點位選擇符合技術設計的要求，有利于其他測量手段進行擴展與聯測；點位基礎堅實穩定，有利于安全作業；點位便于接收設備和操作，視野開闊，附近沒有強烈干擾接收衛星信號的物體。對選好的點位按照合理方法編號，標石埋設后按實際情況繪出GPS點之記，著重標明去往該標石的道路通達情況（如圖-1，標記為紅色）。

四、靜態測量

根據測區地形和交通狀況、并對基線的最短觀測時間、衛星可見性等因素綜合考慮，編制觀測計劃表，按該表對作業組下達相應階段的作業調度命令；選擇最佳時間段觀測，同時依照實際作業的進展情況及時做出必要的調整。

本次測量作業使用四臺南方靈銳S82-2008雙頻接收機（如圖-2，標稱精度5㎜+1ppm）進行GPS網野外數據采集，觀測前對儀器進行鑒定。數據采集時，每時段均量取天線高兩次，其互差不超過3㎜，計算時取平均值為最后天線高。

圖-2 南方靈銳S82-2008

本標段D級GPS網基本要求是：衛星高度角≥15°；有效觀測衛星數≥4；平均重復設站數≥1.6；時段長度≥60分鐘，數據采樣間隔5-15s，PDOP值≤6。。

五、GPS基線向量檢核及解算

5.1外業成果質量檢核

外業質量檢核是確保預期平差精度要求的重要環節：1.同一時段觀測值的數據提出率不易大于10%。2.同一條基線邊任何兩個時段的成果互差，即重復基線互差應小于接收機標稱精度的2倍。3.各級GPS網同步環閉合差需要符合下式規定：Wx≤δ Wy≤δ Wz≤δ Ws≤δ 。

式中：n為閉合邊數， δ：網中相鄰點間的距離中誤差（mm）。

5.2 基線質量檢核

GPS網的精度指標，通常以網中相鄰點之間的距離誤差來表示，其具體形式為：

δ= 其中，δ：網中相鄰點間的距離中誤差（mm）a：固定誤差（mm）；b：比例誤差（mm）；D：相鄰點間的距離（km）。

根據《規范》對于D級網基線邊相對中誤差要求對基線質量檢核。

5.3 GPS內業解算

采用接收機配備的軟件進行基線解算，保證每一條基線都求出整周模糊度，按外業檢核時的要求對重復基線較差和異步環閉合差進行檢核。基線解算時，可根據不同情況，設置解算部分基線還是全部基線，軟件自動解算。基線向量解算后，初步檢查評判各基線的置信參數，檢查同步環、異步環等閉合差，檢查不同時段同一條邊的較差，查出超限原因，剔除有粗差的基線。

軟件中通過修改基線解算高級參數設置來改變驗收域值，基線解算根據設置的域值，對RMS、比率和參考方差檢查結果的組合進行質量驗收，以標定基線解算結果。

六、網平差

進行網平差處理的觀測值必須是獨立的觀測值。選取獨立基線需滿足以下要求：獨立基線選取后所組成的GPS網中不應存在自由基線，基線向量的質量較好，基線向量的邊長較短，基線向量構成邊長較少異步環。

網平差方面，進行了三維無約束平差計算和二維約束平差，在GPS網三維無約束平差的基礎上，結合人工干預的方法剔除誤差。

無約束平差：評定GPS網的內部符合精度，發現和剔除GPS觀測值重結果可能存在的粗差；得到GPS網中各點的三維空間直角坐標。約束平差：確定所需坐標系下的坐標。網平差結果。

七、精度評定

GPS點位中誤差統計，100%的點位精度在1.0cm以內，其中46%的點位精度小于0.5cm，以上充分說明觀測數據合格，基線解算質量良好，GPS網的測量精度滿足規范要求。

結 語

GPS觀測過程中為了保證成果可靠性，一方面非同步獨立觀測邊盡量形成閉合環或者符合線路，另一方面GPS網設計時閉合環數盡可能小于規范要求。基線解算時，加強基線和外業質量檢核，對于網平差結果至關重要。GPS作業精度高，受環境和距離限制小。GPS網布設點位選擇靈活性較差，活動范圍較小，觀測時間較短，非常適合地形條件困難地區、局部重點工程。

參考文獻

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