浅议GPS测量系统在长大隧道平面控制测量中应用

1、浅议gps测量系统在长大隧道平面控制测量中应用摘要：基于gps测量法建立的平面控制网具有相对 定位精度高，观测速度快，功能齐全，操作简便，全天候、 全球性作业、选点灵活、布网方便、对gps网的几何图形也 没有严格的要求，不受通视限制等优点，现已广泛应用于长 大隧道的测量工程中。论文以湘渝高速公路武水段羊角隧道 为例，介绍了采用gps静态定位技术对羊角隧道洞外进行平 面控制测量的方法和技术要求，阐述了 gps在长大隧道控制 测量中的实际应用，得出了在长达隧道中运用gps建立平面 控制网较传统的方法更具有经济效益和社会效益的结论，以 期对该行业工作者起到一定借鉴意义。abstract： that

2、based on the measuring method of gps has the advantages of high precision , fast observation speed, complete functions, easy operation and all-weather and global observation. meanwhile, it has the merits of choosing site flexibility； netting distributed conveniently without the limitation of visibil

3、ity, so it having been wide applied to the survey project of super-long tunnel citing the tunnel of wushui-yangjiao in xingyu, this paper introduces application of plain control survey and the requirement of technology outside the yangjiao tunnel by static technology of gps , demonstrating the pract

4、ical application of super-long tunnel with gps lastly, from the conclusion the beneficial reference meaning to some workers in this walk can be obtained.关键词：精度高；隧道；gps；控制测量key words： high precision； turmel； gps； control survey中图分类号：u452. 1文献标识码：a文章编号： 1006-4311 (2014) 15-0206-030引言gps 是全球定位系统(global

5、 positioning system)的 英文缩写，是以卫星为基础的无线电定位系统，是目前世界 上最先进、最完善的卫星导航与定位系统，它不仅具有全球 性、全天候、实时精密三维导航与定位能力，而且具有良好 的抗干扰性和保密性。在测量领域，gps测量系统已广泛用 于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个 方面。隧道一般在山区，地形复杂，常规方法难以滋测，而 gps静态定位技术拥有不受通视条件限制和网形要求较低等 优势，因此目前在隧道测量中釆用gps静态定位技术是一种 通用方法。1工程概况羊角隧道地处重庆至长沙公路武隆至水江段工程内，是 国家重点干线公路宁波至樟木公路的重要组成部分，也

6、是重 庆市“二环八射”，主骨架公路网中的重要射线之一，位于 重庆市东南部武隆县白马镇境内，该隧道为特长双洞单向行 车隧道，右线全长6676m,起止里程为yk21+500-yk27+835, 左线全长6655m,起止里程为zk21+068-zk27+723。隧道穿 越山脉呈脊状，受构造控制多沿南北向展布，一般地面标高 为500-1200m,相对高差多在200-800m。山上树木茂盛，地 形复杂，植被丰富，行走不便，常规测量布网困难，通视条 件极差。经必选，决定采用gps测量系统进行控制测量。2 gps测量2. 1作业依据和设备作业依据和执行技术标准为： 全球定位系统（gps）测量规范gb/t 1

7、8314-2001o公 路全球定位系统（gps）测量规范jtj/t066-98 （简称公 路（gps）规范。公路勘测规范jtj061-99o羊角 隧道平面图，进出口场地布置图。采用设备：四台套smart2001as gps单频接收机，笔记 本电脑1台，对讲机4部。gps接收机在作业前均在仪器检 查中心进行了检测，其性能和精度均符合标称精度（平面 5mm+lppm,高程10mm+lppm）和规范要求。2.2布网方案 根据羊角隧道的走向及隧道洞口投点的 要求和实际情况，先在已有平面图上进行选点并作优化设 计，经实地踏勘，最终确定点位（羊角隧道gps控制网布设 图见图l）o根据jtj/t066-98

8、的规定和实际情况：每个洞口至少 布设3个控制点，各三点控制点的间距不少于500m,并且至 少有个通视方向，以便检核。控制点应尽量沿洞口连线方 向布设，以减少横向贯通误差。根据gb/t 18314-2001的规定和实际情况：应远离大 功率的无线电发射装置，其距离不应小于200米，以避免电 磁场对gps信号的干扰。附近不应有大面积水或者强烈干 扰卫星信号接收的物体，已减弱多路径效应的影响。点位 应设在便于安装接收设备，视野开阔的较高点上。目标要显 著，视线周围15度以上不应有障碍物的遮挡，以减少信号 被遮挡或者障碍物吸收。故控制网布设如图1所示大地四边 形网内插三角形网。2. 3具体施测根据gps

9、卫星星历预报制定gps外业观 测计划，进而进行作业调度。以外业观测计划。测区的近似 纬度，作业日期为依据分别计算出各时段内的可见卫星直方 图和精度因子图，选择最佳的观测时段，避开不利的观测时 段。采用四台套smart2100as单频接受机进行同步静态观测, 观测历元间隔15°卫星高度截止角15° pdop值 野外 观测时，天线安置严格整平、对中、在天线板上互隔120° 的三处量取天线高，互差少于3mm,并在观测前后各量一次 取中数。同步观测时确保接收机开机和关机时间的同步，及 时的填写观测手簿。观测过程中，注意数据的接收情况，如 卫星个数、信噪比、精度因子变化等。

10、每天测量完成后，应及时的将观测数据传输到笔记本电 脑里，并进行基线的平差计算和同步环闭合差的检查，以确 保数据的安全性。3 gps数据处理羊角隧道gps观测共搜索到最小独立同步环15个，最 小独立异步环16个，重复基线7条。3. 1基线向量的质量检核3. 1. 1同步环闭合差检核 基线自动组成15个同步环， 各闭合环的x, y, z方向和全长绝对闭合差和相对闭合差均 小于相应的限差要求。同步环各分量闭合差wx, wx, wy, wz? 燮土?滓，全长坐标闭合差w?燮±？滓。其中，n同步环的边数；。一相应等级规定的精度即 弦长标准差(mm), ?滓=; a固定误差(mm)； b比例 误

11、差(ppm)； d相邻点间的距离(km)o经分析计算15个同步环中最大相对闭合差为2. 87ppm, 即l/348432o该同步环由：g4gps17g5g4基线边组成, 总长10872. 7647mo经计算该同步环wx、wy、wz均小于? 滓，全长坐标闭合差w=10. 40mm,小于限差12.42mm。3. 1.2异步环闭合检核 共组成16个异步环，各闭合环 x、y、z方向和全长绝对闭合差和相对闭合差均小于相应的 限差要求。异步环各分量闭合差vx； vy； vz?燮3bx?滓, 全长标闭合差v?燮3hx?滓。经分析计算，16个异步环中，最大相对闭合差为6. 96ppm 即1/143678o该异

12、步环由g5gps 16g4g5基线边组成， 总环长为6360. 7967m,经计算该异步环全长坐标闭合差 v=14. 76mm,小于限差 131. 13mm。3. 1.3重复边较差检核 全网共有6条重复基线，重复 基线长度较差ds均小于相应允许较差，即ds?燮2？滓6 条重复基线中相对误差最大值为& 18ppm, sw409-sw408边 长为 759. 557m。经计算sw409-sw408重复边长较差允许值2h?滓 =30. 26mm,即ds=6. 21mm2. 0",结果表明按精度指标进行施 测可满足贯通要求。其中，mq为隧道洞外贯通误差，1为隧 道长度，mb为洞外测角

13、精度，ml为测边误差，p为206265 （表 2）o5结束语gps具有很高的相对定位精度，观测速度快，功能齐全, 操作简便，全天候、全球性作业等显著特点。另外gps控制 网选点灵活，布网方便，对gps网的几何图形也没有严格要 求，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视 困难的测区，更显其优越性。应用于隧道控制测量具有较大 的经济效益和社会效益，特别是在长达隧道平面控制测量中 用gps代替常规测量方法是必然趋势。羊角隧道洞外控制测量采用gps静态等位技术，从踏勘 选点、布网埋石、野外观测到内业计算仅历时4天。与常规 控制网测量方法相比较，效果显著，精度可靠，为隧道的提 前进洞提供了有力的保障，为gps在等级隧道控制测量的推 广运用累积了经验。参考文献：1聂让.高等级公路控制测量m.人民交通出版社， 2001 (10).2聂让，许金良，邓云潮公路施工测量手册m.人民 交通出版社，2003 (4).3胡伍生，高成发.gps测量原理及其应用m.人民交 通出版社，2004 (7).4中华人民共和国交通部发布.jtj