隧道GPS控制网布设

隧道GPS控制网布设
5.1 GPS定位作业模式
GPS定位作业模式可按照基准点的不同分为绝对定位模式和相对定位模式。

绝对定位是相对于GPS坐标系统（如WGS-84系）而言的，其观测值结果为三维坐标X,Y,Z；而相对定位是测站相对于某一点的定位，其观测值结果为GPS
坐标系下的基线向量（三维坐标差）；又可根据定位观测过程中天线所处状态（运动或静止）划分为动态定位或静态定位。

动态定位时观测天线处于运动中，定位结果实时计算输出或显示，但定位精度较静态低；静态定位在观测过程中，GPS接收机天线位置是不动的，其观测数据离线后处理，后获取定位结果。

5.2 GPS测量特点
1 GPS测量定位是借助于后方距离空间交会原理定位。

进行精密控制测量
至少需要使用3台或以上GPS接收机进行同步观测4颗或以上卫星，通过实时或后处理观测数据获取定位结果。

2 具有实时绝对定位和实时相对定位特点。

用于隧道控制因为其相对精度
高和可靠性高的要求，故予采用GPS静态相对定位方法实施。

3 控制点间无需通视。

可直接把隧道两洞口投点联系起来，从而大大减少
地面控制点的数量。

4 GPS定位相对精度高，尤其采用较长长度（≥1000m）测量基线边构成的控制网。

5 全天候作业。

自动化程度高，作业简便。

速度快。

6 控制网的图形结果简单，相应地观测工作量较常规测量手段大为减少。

7 因5、6特点，可大幅度缩短测量生产工期，提高经济效益。

5.3 GPS网形分类
GPS网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力和仪器等条件。

根据用途的不同，GPS网的图形可设计为点连式，边连式、网连式和边点
混连四种。

1点连式
点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。

这种方式布点所构成的图形几何强度很弱，没有或极少有非同步图形闭合条件，一般不单独使用，
多是和边连式一起使用。

2边连式
边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接。

这种布网方案，网的几何强度较高有较多的复测边和非同步图形闭合条件。

在相同的仪器台数条件下，观测时段数将比点连式大大增加。

这种布网方式在网点数较少，对于精度要求较高的情况下，如水库施工测量，高等级的城区控制网测量等，都可以采用这种布网方式。

3网连式
网连式是指相邻同步图形之间有两个以上的公共点相连接，这种方法需要4台以上的接收机。

这种布图方法的几何强度和可靠性指标相当高，但花费的经费和时间较多，一般仅用于高精度的控制测量，在一般的测量工作中不建议采用。

4边点混连式
边点混连是指把点连式和边连式有机的结合起来，组成GPS网，既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外业工作量，降低成本，是一种较为理想的布网方法。

5.4 GPS的基准设计
GPS测量的直接观测量不是测点间的边长和角度，且其直接观测成果是属于WGS-84系下的，施工实用的坐标系统一般为地方坐标系的坐标值，因此，GPS网平差后需要把GPS网成果转化为地方坐标系中的坐标成果。

GPS网应明确其所用位置基准（起算点坐标）、方位基准（已知边方位角）和尺度基准（已知边距离及统一的距离度量单
位），且同测区实际相符。

5.5隧道控制测量坐标系统
可以是国家高斯平面坐标系统（如北京54，西安80等）或任意经度的中央子午线高斯平面坐标系统，但一般仍较多采用独立坐标系统。

通常规测量网一样为了施工方便，常以隧道主轴线进口至出口方向为X轴正向，隧道的某一线路中线里程为X坐标系统起算值，右旋90°确立Y坐标轴，坐标原点处。

坐标值可以为正常数，也可以为0。

取隧道设计路面的平均高程为坐标系统投影面。

5.6 GPS控制网的精度设计
隧道测量最终的要求是保证相向开挖的隧道正确贯通,因此，GPS 网的设计也必须满足这一要求。

5.6.1坑口控制点的精度
按隧道规范规定:当隧道长L ≤4 km,其横向贯通误差的限差应≤10 cm ,即中误差m σ ≤±5 cm ;当隧道长 4～8 km 时,其横向限差应≤15 cm , mσ ≤±7. 5 cm;当 L > 8 km 时,限差还可放宽一些。

显然,贯通误差是由洞外控制测量误差与洞内导线测量误差所引起。

因此,其横向贯通中误差mσ的计算式为
2
22
12
m m m σ=+ （1）（1）式中: 1m 为洞内导线的测量误差, 2m 为坑口控制点误差。

技术参数如表5
表5 技术参数
5.6.2 GPS 控制网的精度
无论GPS 网取什么形状，最终都应达到隧道贯通对坑口控制点的精度要求，
为此目的，可将坑口控制点的坐标精度m 2，用GPS 的观测精度用m 0表示之：
2m m =±式中，m 0——GPS 接收机的测量误差，由仪器的性能所决定；
Q ——设计的GPS 网的图形强度，由网的几何形状所决定，或由GPS 网矢量的协方差矩阵求得。

因此，m 0用GPS 接收机的标称精度表示，即
0(..)m a b ppm S =±+
为了实现隧道网的布设和精度设计，可以根据隧道总长度和测区地形及各坑口的初步位置，以不同边长模拟几种GPS 测量网的方案，根据图形和他的
GPS矢量的协方差矩阵解求Q值，并求出坑口控制点的精度，选择既满足精度
220
m mm
≤±又具有高效率的网作为优化方案。

为保证观测值成果精度及质量可靠性，GPS工程网选点及布网需要遵循如下原则：
①当利用城市已有控制点时，应检查该点的稳定性及完好性。

②地面上的控制点应选在利于保存、施测方便的地方。

③控制点上应视野开阔，并避开多路径效应的影响，在10～15高度角以上不能有成片的障碍物。

④控制点应远离高压输电线和无线电发射装置，其间距分别不小于50ｍ和200ｍ。

⑤控制点应埋设牢固并应绘制点之记。

GPS控制网的布设应满足的要求
①控制网由隧道各开挖口德控制点点群组成，每个开挖口至少应布测4个控制点。

GPS定位点之间，一般不要求通视，但不设同一洞口控制点时，考虑到用常规测量方法检测，加密或恢复的需要，应当
通视。

②基线最长不宜超过30km，最短不宜短于300m。

③每个控制点有3个或3个以上的边与其连接，极个别的点才允许由两个边连接。

④点位上空视野开阔，保证至少能接受到4颗卫星的信号。

⑤测站附近不应有对电磁波有强烈吸收或反射影响的金属及其它物体。

⑥各开挖口德控制点及洞口投点高差不宜过大，尽量减小垂涎偏差的影响。

⑦ GPS控制网内应重合３～５个原有城市二等控制点或在城市里的国家一、二等控制点。

除地GPS控制网内短边未知点构网观测外，还应包括重合点在内，对控制网内构成长边图形观测，这种长边图形，宜为重叠的大地四边形或中点多形。

⑧ GPS控制网必须由非同步独立观测边构成闭合环或附合路线（按长边和短边分别连接），每个闭合环或附合路线中的边数应符合本规范表6规定。

表6 PS控制测量作业的基本技术要求。