GPS在长大隧道控制测量中的应用

GPS在长大隧道控制测量中的应用

王科锋张子明

(中铁电气化局西铁工程公司陕西西安 710032)

摘要：阐述了GPS在控制测量中的特点，结合白石河二号隧道和展沟隧道GPS 控制测量的实践，总结了GPS在长大隧道控制测量的应用，并对GPS测量结果与常规测量结果进行了比较，最后对GPS测量做出了展望。

关键词： GPS 隧道控制测量误差预计

Application of GPS in the long and large tunnel controls survey Shiroishi River tunnel two and exhibition ditch tunnel controls survey

Wang kefeng Zhang ziming

Abstract:Have set forth the GPS characteristic in control survey, be tied in the practice of wedlock Shiroishi River tunnel two and stretching ditch tunnel GPS control survey, have summed up GPS application in the long and large tunnel has , have carried out comparison between GPS measurement result and routine measurement result , has delivered a lecture to GPS measurement out finally and to look into the distance.

Key words: GPS, tunnel, control survey ,error estimates

全球定位系统GPS（Global Positioning System,简称GPS）是卫星导航与定位系统，该系统具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术已广泛应用到测量的各个领域，为国家的经济建设做出了重大贡献。

1 概述

改建铁路襄渝二线白石河二号隧道（全长6921米）和展沟隧道（全长4060米）位于陕西省白河县境内,两隧道洞外控制测量采用三台瑞士徕卡(Leica)公司WILD GPS 200双频大地测量型GPS测量系统对隧道进、出口及白石河二号隧道的辅助坑道东沟斜井的12个控制点进行了测量，在短暂的5天内完成了两座长大隧道的控制测量任务，求出了各控制点的高斯坐标、独立施工坐标、方位角及其中误差。

2 GPS在控制测量中的特点

GPS在控制测量中主要有以下特点：①测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10-6，在大于1000km的基线上可达1×10-8。②测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作简便。目前GPS 接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机，接收机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响，⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标。

随着国民经济的发展，交通工程建设发生着日新月异的变化。高等级的工程级别越高，长大隧道也就越多，用常规的测量技术已不能适应高标准，而GPS具有以上的优势，所以已经广泛地应用在公路、铁路工程中。

3 GPS网的施测

隧道进、出口、斜井口各布设三个GPS控制点，桥梁和隧道共用相同的控制点。控制点的埋石一般为混凝土包铁芯桩，或基岩上刻“+”钢钉，点位选在稳定可靠，视野开阔，远离高压线、无线电发射塔，便于GPS接收机接收信号的地方。

本次GPS控制网共布设了12个点，每个洞口布置三个GPS点,白石河二号隧道出口和展沟隧道进口共用三个GPS点，由50条基线向量组成，共计观测了18个观测时段，全网东西长约11.5公里，南北宽约1公里，GPS网见图一。布网及野外观测方案参照中华人民共和国国家标准GB/T18314-2001《全球定位系统(GPS)测量规范》中B级网、铁道部标准TB10054-97《全球定位系统(GPS)铁路测量规程》中B级网。观测中全部实现双频观测，卫星截止高度角设为15°，观测数据采样率设为20秒，所有基线边各观测时段长度均设置在120min以上，准动态(stop and go)指标全部超过800%。

4 GPS测量的数据处理

GPS观测数据处理分为数据预处理(即基线解算)和数据后处理(即环闭合差的统计和检核、平差、转换、投影、求转换参数再转换)两部分。GPS数据预处理一

般是由GPS 接收机厂家所提供的基线解算软件完成计算，也可由某些开放式的软件系统进行计算

4．1 GPS 控制网的质量检核

GPS 数据后处理的一个重要内容是GPS 控制网中环闭和差的统计和检核，以检查GPS 测量实际所达到的等级。根据GPS 测量规范，GPS 测量的精度等级由固定误差和比例误差综合确定，综合精度为：

σ=GPS 控制网中独立闭合环或附合路线闭合

差应满足：

X Y Z W W W ⎧≤⎪⎪

≤⎨⎪≤

⎪⎩

S W =≤

对本次GPS 控制测量的50多个闭和环闭和差的统计表明，闭和环闭和差最大为36cm ，其允许误差为57cm ，闭和环闭和差最小为

1mm ，其允许误差为55cm 。可见本次GPS 洞外控制测量达到了预定的精度等级。 4．2 GPS 网平差计算

GPS 基线计算一般采用随机软件，也有采用自己开发的软件。本次GPS 基线解算采用Leica (徕卡)随机处理软件SKI2.3进行计算。GPS 基线解算完成后，在WGS-84坐标系（1984年世界大地坐标系）内进行无约束平差，选用WGS-84地球椭球，中央子午线设为东经110°04′，横穿测区中央，能使高斯投影的长度改化接近于零，高斯投影抵偿面的高程设为测区隧道洞内轨顶平均高程220米，能有效消除全站仪所测导线边长化至抵偿椭球面大地线长度的改化。

图一、GPS控制网构网图

JG

GPS60-1

GPS60DG4

DG3

DG2

GPS62

JC

GPS61

J19

JA

GPS64