基于GPS和精密三角高程的施工测量验收应用与研究

周磊，赵向阳，武丰雷，杨学峰

(济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013)

基于GPS和精密三角高程的施工测量验收应用与研究

周磊∗，赵向阳，武丰雷，杨学峰

(济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013)

高精度水准和导线测量是施工测量验收的常规方法，但有时因条件受限导致该方法难以实施。本文采用GPS相对定位和精密三角高程测量方法进行了高架快速路施工验收测量，在精密平面坐标定位和三角高程测量方面进行了积极有效的探索。

GPS相对定位；全站仪；高架快速路；三角高程测量；水准测量

1 引 言

施工测量验收能在工程施工阶段及时、准确地了解工程施工质量情况，为工程的下一步工作计划提供了科学依据，保证了工程总体质量目标的实现。随着工程越来越多，施工测量验收遇到的情况越来越复杂。点位高程和平面坐标的获取以水准测量、导线测量等常规测量方法为主，而常规测量方法容易受到多种因素限制，只有在通视条件较好和高差较小的情况下能较好的实施。对较复杂的工程载体来说，采用GPS相对定位和三角高程测量可以解决点位相互不通视和高差较大的问题，既提高了作业速度，又保证了数据的可靠性和可信度。

以城市高架快速路施工测量验收为例，高架快速置于城市主干道，且在道路上空几十米高的空间位置，施工测量验收难度较大，常规测量很难正常发挥作用。采用GPS相对定位和精密三角高程测量方法进行了高架快速路施工平面坐标和高程的验收测量，在精密平面坐标定位和三角高程测量替代高等级水准测量方面积累了宝贵的经验。

2 理论基础

2.1 GPS相对定位

GPS相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。同样，多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星可以确定多条基线向量。在一个端点坐标已知的情况下，可以用基线向量推求另一待定点的坐标。它是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法[1]。

与常规方法相比，GPS定位技术的主要特点是:自动化程度高、点间不需通视、全天候、高精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等[2]。

通过严格GPS基线处理，GPS相对定位观测的点位平面坐标数据相对精度可以达到毫米级，可以满足一级导线精度要求。

2.2 EDM三角高程测量

EDM三角高程测量方法具有精度高、速度快的特点，特别是用水准测量方法难以实施的工程，用EDM三角测量方法能很方便地进行高程测量。目前常用的EDM三角高程测量方法有对向观测法、水准式观测法和单向观测法3种方法。对向观测法是在假定测线两端的大气折射系数相同的条件下，分别在A，B两点安置仪器和反光棱镜进行对向观测，如图1所示。

图1 对向观测方法

A，B两点高差的计算公式为:

若在A，B两点间设置n－1个转点，将AB边分成n条边进行观测，由于各转点均不需量取棱镜高，因此A，B两点间的高差[3]为:

根据文献[3]表明，当观测精度Mα≤±1.5″，边长在1.2 km范围内，三角高程完全可以代替三等水准测量精度。

3 施测内容及精度要求

3.1 基础测绘资料

测区附近布设的控制点GA01～GA06、GB01～GB34共40个，平面精度达到国家三等，高程精度达到三等水准测量要求，上述点位在高架快速路施工前期、中期保存完好，后期部分被破坏，这些点都是钻孔验测、校验中线桩位、墩柱顶面中心及主梁底面平面或高程的起算点。

设计与验收定位基础均采用1993年济南市独立坐标系和1985国家高程基准。

3.2 验收工作内容

对高架快速路施工各阶段进行测量验收，主要工作内容包括:

(1)钻孔开挖前，对各标段衔接处中心桩和钻孔平面验测；

(2)墩柱浇注前，对墩柱模板平面中心位置验测；

(3)墩柱浇注完成后，对标段衔接处墩柱顶中心平面和高程验测；

(4)主梁模板形成后，对所有标段主梁模板底中心平面和高程验测。

3.3 验收精度要求

根据规范[4]要求并结合本项目工作实际，制定各阶段验收的精度要求，如表1所示。

精度指标 表1

4 施测方案

4.1 工作流程

高架快速路施测量验收的工作流程如图2所示。

图2 工作流程图

4.2 验测方法

第一阶段到第三阶段验测中，由于验测的对象基本上都在地面，平面位置一般采用极坐标法进行验测，在已知施工控制点上设站直接检测。无法直接通视时，采用从已知点发展的支导线点作为加密测站点，即在已知点上设站，在待验测点附近合适位置设站，用极坐标法测设所需点位。由于极坐标法缺乏校核条件，测设了一些重合点来校核，避免粗差。

墩柱浇灌完成和主梁模板底形成后，由于模板向上呈弧形，在已知施工控制点上设站已不能和模板上的点通视，这时直接采用GPS相对定位的方法进行验测，测量时用3台GPS接收机安置在已知施工控制点或C级GPS点上，另6台GPS接收机分别安置于被检测的墩柱顶或主梁模板低中心线上同步进行观测90分钟以上。

模板高程验测采用三角高程对向观测的方法进行验测。由于要验测高程的点(墩柱顶中心和主梁模板上的点)都在高于地面十几米甚至二十几米的地方，施工方大都采用钢尺导引高程的方法，将水准高程引到十几米的高空，施测难度较大，且在验测时现场已不具备条件。采用精密EDM三角高程的测量方法:先用DiNi12电子水准仪在合适的地方布设高程控制点，再用三角高程测量对待验点进行验测。

在选择地面上的高程控制点时，该点和高空控制点距离一般在100 m～300 m，并保证了全站仪读数仰角不超过30°。在测量过程中，严格整平了仪器，减小了竖轴倾斜误差，同时，在各测回之间，重新整平了仪器。仪器高和觇标高在观测前后各量测了一次，读至1 mm，当较差不大于2 mm时取用中数。

5 结果分析

工程实施期间验测钻孔、中心桩、墩柱模板、验测墩柱顶模板共计200余次，验测高程2 182个，验测模板中心桩277个。通过验测平面、高程数据和设计数据相比较，得出平面和高程较差，从而计算出所有验测点平面和高程的中误差。

平面、高程数学精度检测中误差计算公式[5]如下:

式中:M为成果中误差；n为检测点总数；△i为较差。

中心桩平面比对表 表2

断面点高程比对表 表3

中心桩和钻孔验测共检测了9个标段衔接处52个钻孔桩位，经计算平面中误差为±11.0 mm，所有钻孔误差均在35 mm以内，满足平面中误差≤±20 mm的精度指标。

墩柱验测应指挥部要求，在桩基施工结束后，墩柱施工前，对7标段墩柱承台中心和墩柱中心9个点位的平面进行验测。平面中误差为±8.4 mm，所有点位误差均在±20 mm以内，满足平面中误差≤±10 mm的精度指标。

墩柱模板验测，当墩柱模板形成后，在浇筑混凝土前，对各标段衔接处墩柱模板的40个点位平面进行了验测。经计算，验测的平面中误差为±7.8 mm，所有点位误差均在±20 mm以内，满足平面中误差≤±10 mm的精度指标。

墩柱浇筑混凝土稳固后，对各标段衔接处墩柱顶面的平面和高程进行了验测。计算出横向中误差为±4.3 mm，轴线方向中误差为±4.0 mm，高程中误差为±6.8.mm，调整后所有点中误差均在验桩精度指标范围内。

6 结 语

采用GPS相对定位和精密三角高程测量方法进行高架快速路施工平面坐标和高程的验收测量，确保了该项工程的顺利实施，实现了各标段顺利衔接，保证了工程总体质量目标的实现。

实践证明，GPS相对定位和三角高程测量完全可以替代高等级水准测量和导线测量。

[1] 徐绍铨，张华海.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社，1998

[2] 潘正风.数字化测图原理与方法[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社，2004

[3] 许国辉，刘跃.电子测距三角高程测量方法的精度分析与比较[J].测绘通报，2003(03):31－33

[4] JTG C10－2007.公路勘测规范[S].

[5] GB/T 24356－2009.测绘成果质量检查与验收[S].

The Applied Research of Construction Acceptance Survey on GPS and Precise Trigonometric Leveling

Zhou Lei，Zhao XiangYang，Wu FengLei，Yang XueFeng
(JiNan Geotechnical Investigation and Surveying Institute，JiNan 250013，China)

Traverse is a high－precision standards and Construction conventional methods of measurement and acceptance，but sometimes limited because of the conditions leading to the method difficult to implement.Using GPS relative positioning and precise triangulated heliograph survey elevated expressway construction method of acceptance survey，The plane coordinate localization and trigonometric elevation measurement on the active exploration.

GPS relative positioning；Total Station；elevated expressway；trigonometric leveling；leveling

1672－8262(2010)03－85－03

P258，P228

B

2010—09—08

周磊(1978—)，男，工程师，主要从事城市精密工程测量技术应用与研究工作。