李貴兵

（貴州省有色地質(zhì)勘查局二總隊(duì)，貴州 六盤水 553004）

1 GPS隧道控制測(cè)量

1.1 工程概況

該隧道是某高速公路的重要工程,它包含兩個(gè)隧道,一號(hào)和二號(hào),長(zhǎng)度分別為1270m 和640m,設(shè)計(jì)高度為7.8m。測(cè)區(qū)植被覆蓋高、森林茂密。

1.2 布網(wǎng)設(shè)計(jì)

在隧道的兩端,各有一個(gè)高等級(jí)的GPS已知點(diǎn)。G210,G214,為保證施工期間對(duì)洞口控制點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)。進(jìn)出口各設(shè)了3個(gè)GPS 控 制 點(diǎn) ,GP01、GP02、GP03、GP04、GP05、GP06,其中GP03、GP06 分別是進(jìn)洞與出洞樁。

1.3 GPS的外業(yè)觀測(cè)

實(shí)際作業(yè)中采用4臺(tái)AshtechZ-Xtreme 接收機(jī)按照靜態(tài)測(cè)量的方法進(jìn)行。觀測(cè)嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度計(jì)劃,按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行同步觀測(cè)。在進(jìn)行GPS觀測(cè)時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1.3.1 根據(jù)衛(wèi)星可見(jiàn)性預(yù)報(bào),優(yōu)選最佳觀測(cè)時(shí)段進(jìn)行GPS觀測(cè)。

1.3.2 天線的對(duì)中精度為1mm,標(biāo)志線指北誤差≤±5°,以減弱相位中心偏差的影響。

1.3.3 天線高在觀測(cè)時(shí)段前后,從3個(gè)方向分別量取,誤差≤2mm,采用算術(shù)平均值。

1.3.4 衛(wèi)星高度截止角≥15°,PDOP 值<4,接收衛(wèi)星數(shù)>5。

1.3.5 為確?？刂凭W(wǎng)實(shí)測(cè)精度,每個(gè)時(shí)段觀測(cè)時(shí)間均大于90min。

1.3.6 觀測(cè)時(shí),不要在天線附近使用對(duì)講機(jī)或移動(dòng)電話,以減少信號(hào)干擾。

1.4 GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與精度分析

在外業(yè)取得了合格的數(shù)據(jù)以后,采用AshtechSo-lutions2.60 英文版軟件進(jìn)行基線解算及控制網(wǎng)的平差。

1.4.1 基線處理

剔除記錄時(shí)間短于10min 及出現(xiàn)周跳部分的衛(wèi)星數(shù)據(jù),進(jìn)行基線解算:

①同步環(huán)閉合差根據(jù)自行處理后的基線向量結(jié)果,共搜索到17個(gè)同步環(huán)。相對(duì)誤差最大為2.468×10-6,最小為0.479×10-6,小于允許值5×10-6。

②異步環(huán)閉合差異步環(huán)的檢查至關(guān)重要,是衡量外業(yè)觀測(cè)成果和GPS網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要指標(biāo),它反映了GPS測(cè)量總體精度。全網(wǎng)共檢查異步環(huán)13個(gè),相對(duì)誤差最大為2.873×10-6,最小為 1.438×10-6,小于允許值 5×10-6。

1.4.2 無(wú)約束平差

基線解算符合精度要求后調(diào)入基線數(shù)據(jù)。平差時(shí),不輸入已知點(diǎn)進(jìn)行約束,讓整個(gè)控制網(wǎng)在沒(méi)有控制點(diǎn)的情況下,在WGS84 系統(tǒng)下進(jìn)行三維無(wú)約束平差。經(jīng)過(guò)平差,得到各個(gè)向量平差后的相應(yīng)的改正數(shù),改正數(shù)絕對(duì)值(V△x,V△y,V△z)應(yīng)滿足下式:

式中σ—相應(yīng)等級(jí)基線規(guī)定精度。

在隧道控制網(wǎng)GPS數(shù)據(jù)解算時(shí),無(wú)約束平差后各個(gè)基線分量中,誤差最大的基線為G210-GP05, 其改正數(shù)絕對(duì)值 V△x=0.015、V△y=0.022、V△z=0.017,均小于 3σ=0.165,滿足《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2001 中E級(jí)要求。

1.4.3 約束平差

在三維無(wú)約束平差確定限差均符合規(guī)范要求的基礎(chǔ)上,以測(cè)區(qū)已知GPS控制點(diǎn)G210 和G214的坐標(biāo)作為起算坐標(biāo),進(jìn)行二維約束平差。約束平差后,基線分量的改正數(shù)與同一基線的無(wú)約束平差相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對(duì)值 (dV△x,dV△y,dV△z)應(yīng)滿足下式:

式中σ—相應(yīng)等級(jí)基線規(guī)定精度。在隧道控制網(wǎng)GPS數(shù)據(jù)解算時(shí),約束平差后,基線分量的改正數(shù)與同一基線的無(wú)約束平差相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對(duì)值誤差最大的基線為GP02-GP06,其改正數(shù)絕對(duì)值 V△x=0.047、V△y=0.028、V△z=0.064,均小于2σ=0.524,滿足《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2001 中E級(jí)要求。

1.4.4 GPS邊長(zhǎng)觀測(cè)與全站儀邊長(zhǎng)觀測(cè)的比較

為了檢驗(yàn)GPS接收機(jī)在隧道控制中的精度問(wèn)題,利用Leica702 型號(hào)的全站儀觀測(cè)3條邊,將實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)與GPS邊長(zhǎng)進(jìn)行比較,結(jié)果如表1。

?

從表1 數(shù)據(jù)比較可見(jiàn)GPS邊長(zhǎng)觀測(cè)與全站儀邊長(zhǎng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)相差很小、精度高,滿足規(guī)范的要求。2條邊GPS觀測(cè)的相對(duì)誤差為1/158 078、1/207 085,G210～GP05 邊的相對(duì)誤差大些。這是因?yàn)镚P05 周圍反射物較多,衛(wèi)星接收信號(hào)沒(méi)有G214、GP02 接收信號(hào)好,造成長(zhǎng)邊反而誤差大的現(xiàn)象,故在選點(diǎn)時(shí)要注意選開(kāi)闊的地方,減小多路徑效應(yīng)對(duì)GPS信號(hào)接收的影響。

2 GPS隧道控制網(wǎng)選點(diǎn)要求

為確保GPS觀測(cè)質(zhì)量,提高工作效率,方便施工測(cè)量,隧道GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

2.1 為了后續(xù)施工放樣的檢核和控制點(diǎn)穩(wěn)定性的檢驗(yàn),應(yīng)保證每個(gè)洞口至少有3個(gè)控制點(diǎn),每個(gè)洞口兩相鄰點(diǎn)間的距離保證在300～500m之間,且要相互通視,以便常規(guī)測(cè)量?jī)x器的施工放樣。

2.2 由于隧道多位于山區(qū),地面上各點(diǎn)的垂線是不平行的,重力水準(zhǔn)面并不是一個(gè)規(guī)則的曲面,法線與垂線不一致,存在一個(gè)垂線偏差β。所以控制點(diǎn)位應(yīng)盡量等高、等距布設(shè),以減弱觀測(cè)調(diào)焦和垂線偏差對(duì)進(jìn)洞連接角的影響。

2.3 控制點(diǎn)應(yīng)盡量沿隧道軸線布置,控制點(diǎn)埋設(shè)要穩(wěn)固,最好埋設(shè)在基巖上,以便保持長(zhǎng)久穩(wěn)定。

2.4 在GPS選點(diǎn)布網(wǎng)時(shí),要注意避免反射現(xiàn)象,如池塘、河道、沙灘、山谷等地形都能構(gòu)成反射現(xiàn)象。采取提高天線高度和其他防止措施,同時(shí)也要注意高電磁物體的影響,盡量遠(yuǎn)離高電磁物體以減小電磁波對(duì)GPS接收信號(hào)的干擾。

3 GPS控制網(wǎng)網(wǎng)型設(shè)計(jì)

3.1 隧道GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過(guò)獨(dú)立基線構(gòu)成閉合圖形,所有控制點(diǎn)均由同步環(huán)或異步環(huán)相聯(lián),并組成空間三角形和空間大地四邊形以加強(qiáng)網(wǎng)的幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。網(wǎng)中不應(yīng)存在自由基線(自由基線不具備發(fā)現(xiàn)粗差的能力),某一閉合條件中的基線數(shù)不可過(guò)多,避免導(dǎo)致各邊粗差在求閉合差時(shí)相互抵消,不能起到發(fā)現(xiàn)粗差的作用。

3.2 網(wǎng)中各點(diǎn)最好至少應(yīng)通過(guò)3條獨(dú)立基線,以保證檢核條件,提高網(wǎng)的可靠性,使網(wǎng)的精度、可靠性較均勻。每個(gè)控制點(diǎn)應(yīng)獨(dú)立觀測(cè)至少兩個(gè)時(shí)段。

3.3 在GPS網(wǎng)的觀測(cè)方案設(shè)計(jì)中,應(yīng)考慮最佳觀測(cè)時(shí)段,考慮到同時(shí)能接收5顆以上衛(wèi)星的信號(hào)的觀測(cè)時(shí)段。衡量觀測(cè)時(shí)段好壞的標(biāo)準(zhǔn)是精度衰減因子(DOP)值,對(duì)于靜態(tài)定位來(lái)說(shuō)主要是幾何精度衰減因子GDOP的大小,GDOP 值一般應(yīng)小于4,應(yīng)避免在某一時(shí)段出現(xiàn)GDOP 陡然變化的情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用GPS和對(duì)該網(wǎng)的精度分析,我們認(rèn)為GPS網(wǎng)布設(shè)方案科學(xué),平差精度優(yōu)異,無(wú)論同步環(huán)、異步環(huán)、三維無(wú)約束平差、約束平差、邊長(zhǎng)觀測(cè)的精度都優(yōu)于規(guī)范的規(guī)定。隧道貫通后,估算與實(shí)測(cè)貫通相差7mm,從而進(jìn)一步證明了GPS隧道測(cè)量的可信度。由此得知GPS隧道控制網(wǎng)能滿足隧道貫通精度的要求。

[1]徐昭銓,張華海,楊志強(qiáng)等，GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].

[2]關(guān)寶樹，隧道工程施工要點(diǎn)集，人民交通出版社.