淺談安陽(yáng)至羅山高速公路上蔡羅山段控制測(cè)量施工

周大勇

摘 要：本文主要介紹了高速公路測(cè)量控制網(wǎng)的坐標(biāo)系選取和具體施測(cè)、解算過(guò)程。平面控制網(wǎng)坐標(biāo)系選取的正確與否關(guān)系到后期各項(xiàng)施工測(cè)量的總體精度，是本文介紹的重點(diǎn)，希望對(duì)測(cè)繪工作者以后遇到這樣的問(wèn)題有一定的幫助。GPS控制網(wǎng)的施測(cè)過(guò)程主要應(yīng)注意控制點(diǎn)位置的選取和儀器設(shè)備性能的檢校。本項(xiàng)目施工的難點(diǎn)在于水準(zhǔn)控制測(cè)量，由于已知控制點(diǎn)較少造成水準(zhǔn)線路過(guò)長(zhǎng)，水準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題很難發(fā)現(xiàn)。為了保證水準(zhǔn)測(cè)量的可靠性，應(yīng)盡量多布設(shè)些閉合水準(zhǔn)路線，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)水準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：控制測(cè)量 數(shù)據(jù)處理 GPS

中圖分類號(hào)：TV523 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（a）-0042-02

安陽(yáng)至羅山高速公路上蔡羅山段工程位于河南省中南部，北起于上蔡縣境內(nèi)在建的周南高速公路，南止于滬陜高速。路線全長(zhǎng)約148.73km，其中駐馬店境長(zhǎng)約127.91km。

為了順利完成本工程控制測(cè)量任務(wù)，滿足施工需求，須統(tǒng)一布設(shè)平面和高程控制網(wǎng)，獲取控制點(diǎn)坐標(biāo)。整個(gè)工程測(cè)量任務(wù)分為平面GPS控制測(cè)量和高程控制測(cè)量。平面控制測(cè)量使用6臺(tái)南方GPS接收機(jī)，采用邊連接方式進(jìn)行觀測(cè)，依據(jù)規(guī)范按D級(jí)GPS控制網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)施測(cè)，使用南方測(cè)繪Gnss數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)解算；高程控制測(cè)量使用南方DL2003電子水準(zhǔn)儀和中緯ZDL700電子水準(zhǔn)儀，按照四等水準(zhǔn)施測(cè)，采用清華三維軟件進(jìn)行平差處理。

1 平面控制測(cè)量

1.1 平面坐標(biāo)系的選取

為滿足長(zhǎng)度綜合變形不超過(guò)2.5cm/km的要求，須選擇合適的坐標(biāo)系。為了有效控制投影長(zhǎng)度變形，就需要分析長(zhǎng)度變形的來(lái)源、允許數(shù)值并提出建立抵償長(zhǎng)度綜合變形坐標(biāo)系統(tǒng)的方法，從而滿足不同地形條件高速公路控制測(cè)量精度的要求。

⑴長(zhǎng)度綜合變形的產(chǎn)生。

實(shí)際測(cè)量的真實(shí)距離歸化到實(shí)際應(yīng)用的平面圖紙上需要經(jīng)過(guò)兩次距離改正，即：

①將實(shí)地測(cè)量的真實(shí)長(zhǎng)度歸化到國(guó)家統(tǒng)一的橢球面上時(shí)，應(yīng)加如下改正數(shù)：

Δs1=- ⑴

其中Ra為長(zhǎng)度所在方向的橢球曲率半徑；Hm為長(zhǎng)度所在高程面對(duì)于橢球面的高差；s1為實(shí)地測(cè)量的水平距離。

②然后再將橢球面上的長(zhǎng)度投影至高斯平面，加入如下改正數(shù)Δs2=s （2）

其中，R為測(cè)區(qū)中點(diǎn)的平均曲率半徑；ym為測(cè)區(qū)中心的橫坐標(biāo)值。S為第一次改正后實(shí)地距離歸化橢球面上的距離。

③綜合變形改正值。

實(shí)地測(cè)量距離經(jīng)過(guò)2次改正計(jì)算，被改變了真實(shí)長(zhǎng)度。這種高斯投影面上的長(zhǎng)度與實(shí)地測(cè)量長(zhǎng)度之差，稱之為長(zhǎng)度綜合變形，其計(jì)算公式為：б=s-s1 （3）

④長(zhǎng)度綜合變形允許值

為了方便計(jì)算，又不損害必要精度，取R≈Ra≈6378km，S≈s1，將（3）式變形為相對(duì)變形的形式，則長(zhǎng)度綜合變形值為：=- （4）

按工程測(cè)量要求長(zhǎng)度綜合變形值≤2.5cm/1km。

⑵平面坐標(biāo)系的確定。

測(cè)區(qū)地處平原地區(qū)高差變化不大，平均海拔高程在120～160m之間。測(cè)區(qū)線路大致呈南北走向值變化不大，但整體距離所在投影帶的中央子午線較遠(yuǎn)。為了滿足長(zhǎng)度綜合變形值≤2.5cm/1km的要求，本次平面控制測(cè)量選取國(guó)家統(tǒng)一橢球面作為投影面，選擇“任意投影帶”按高斯投影計(jì)算平面直角坐標(biāo)。

1.2 GPS控制網(wǎng)的施測(cè)

（1）觀測(cè)要求。

采用邊連式布網(wǎng)觀測(cè)，使用6臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，最后擺設(shè)的2臺(tái)GPS接收機(jī)作為基站不動(dòng)，其余儀器作為周轉(zhuǎn)儀器進(jìn)行流動(dòng)，以此類推進(jìn)行GPS觀測(cè)。

（2）數(shù)據(jù)處理。

①基本要求

a）基線處理采用南方測(cè)繪Gnss數(shù)據(jù)處理軟件。

b）各種起算數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性、正確性和可靠性檢核。

②數(shù)據(jù)檢驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定

a）同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)剔除率不宜大于10%。

b）復(fù)測(cè)基線的長(zhǎng)度較差ds應(yīng)滿足下式要求：

ds≤

③外業(yè)基線處理結(jié)果，其獨(dú)立閉合環(huán)或附合路線坐標(biāo)閉合差應(yīng)滿足下列公式的要求：

WX≤，WY≤，WZ≤，WS≤，WS=

式中，WS為環(huán)閉合差；n為閉合環(huán)邊數(shù)。

2 高程控制測(cè)量

（1）測(cè)站設(shè)置基本要求、觀測(cè)方法及其他要求。

一個(gè)測(cè)段要設(shè)置成偶數(shù)站，尺墊必須在全部觀測(cè)作業(yè)完畢并檢驗(yàn)合格后方可挪開(kāi)。觀測(cè)過(guò)程中尺墊應(yīng)踩實(shí)，水準(zhǔn)尺應(yīng)立直，三腳架的兩腿應(yīng)交替平行于路線方向，一測(cè)回應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)完成。

（2）觀測(cè)記錄的方法和成果整飾要求。

四等水準(zhǔn)測(cè)量要達(dá)到所要求的精度應(yīng)滿足：

①前后視距相等（在限差內(nèi)）；從后視轉(zhuǎn)為前視（或相反）望遠(yuǎn)鏡不能重新調(diào)焦；水準(zhǔn)尺應(yīng)完全豎直，最好用附有圓水準(zhǔn)氣泡的水準(zhǔn)尺。

②每次觀測(cè)結(jié)束，應(yīng)立即進(jìn)行計(jì)算和進(jìn)行規(guī)定的檢核，若有超限，則重新測(cè)量該站。全線路觀測(cè)完畢，線路高差閉合差在容許范圍之內(nèi)，方可收測(cè)。

③測(cè)量模式采用 “后后前前”。

（3）外業(yè)成果計(jì)算、檢核的質(zhì)量要求

①當(dāng)每條水準(zhǔn)路線分測(cè)段施測(cè)時(shí)，應(yīng)按計(jì)算每千米水準(zhǔn)測(cè)量的高差偶然中誤差，其絕對(duì)值不應(yīng)超過(guò)1mm。其中：——高差偶然中誤差（mm）；——測(cè)段往返高差不符值（mm）；R——測(cè)段長(zhǎng)（km）；n——測(cè)段數(shù)。

②水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)按計(jì)算每千米水準(zhǔn)測(cè)量高差全中誤差，其絕對(duì)值不應(yīng)超過(guò)2mm。——高差全中誤差（mm）；W——水準(zhǔn)路線經(jīng)過(guò)各項(xiàng)修正后的環(huán)線閉合差（mm）；N——水準(zhǔn)環(huán)數(shù)；F——水準(zhǔn)環(huán)線周長(zhǎng)（km）。

（4）平差計(jì)算方法、采用軟件和高差改正等技術(shù)要求。

水準(zhǔn)作業(yè)前按規(guī)范對(duì)水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺進(jìn)行必要的鑒定。作業(yè)過(guò)程中應(yīng)按規(guī)范要求檢測(cè)儀器i角，并隨時(shí)檢查儀器和標(biāo)尺的質(zhì)量情況，作業(yè)前后按規(guī)范要求進(jìn)行必要的標(biāo)尺檢驗(yàn)。

全線數(shù)據(jù)進(jìn)行整網(wǎng)聯(lián)合平差，平差計(jì)算采用清華三維平差軟件，以高差值為基本觀測(cè)量，以測(cè)段距離定權(quán)進(jìn)行計(jì)算，求得各埋石點(diǎn)的高程。

3 成果質(zhì)量說(shuō)明與評(píng)價(jià)

該項(xiàng)目總體成果質(zhì)量良好，符合相關(guān)規(guī)范及技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)要求。

（1）平面控制測(cè)量。

平面控制測(cè)量采用獨(dú)立坐標(biāo)系。坐標(biāo)系橢球采用1980西安坐標(biāo)系，按3°分帶投影，中央子午線114°30′。

平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為GOO2，中誤差為4.6mm。最弱邊相對(duì)中誤差G031-G032，相對(duì)中誤差為1：312486。

（2）高程控制測(cè)量。

高程控制測(cè)量按四等水準(zhǔn)實(shí)施，采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。共施測(cè)附和水準(zhǔn)路線6條，閉合水準(zhǔn)路線12條，其中最大閉合差0.29cm。網(wǎng)平差后精度如下。

單位權(quán)中誤差=0.003886

直接高程誤差（m）：0.003886

間接高程誤差（m）：0.007771

高程網(wǎng)中最弱點(diǎn)為C321， 高程中誤差 = 0.023403

高程網(wǎng)中最弱相鄰點(diǎn)為G032-C259， 相對(duì)點(diǎn)位中誤差 = 0.012154

4 結(jié)語(yǔ)

GPS在公路建設(shè)中的應(yīng)用不僅在人力物力上減少了很多的支出，同時(shí)在很大程度上的減少外業(yè)測(cè)量人員的辛苦，使測(cè)量更為簡(jiǎn)便，同時(shí)與傳統(tǒng)控制測(cè)量相結(jié)合，約束平差采用固定“一點(diǎn)一方向”模式，同時(shí)采用高精度全站儀測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離，加入各項(xiàng)改正，提高了平面控制精度，各項(xiàng)平差結(jié)果均符合規(guī)范要求。

公路高程控制測(cè)量主要由水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量以及GPS水準(zhǔn)測(cè)量，此次控制測(cè)量采用水準(zhǔn)測(cè)量，整網(wǎng)聯(lián)合平差，以高差值為基本觀測(cè)量，以測(cè)段距離定權(quán)進(jìn)行計(jì)算，求得各埋石點(diǎn)的高程，滿足限差，符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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