高速公路的平面控制复测与数据分析

邵东华

(上海市测绘院，上海200129)

一、测区概况

随着上海市经济建设的发展，上海公路仍存在着技术标准低、路网密度低、通行能力低、行车速度低等问题，已不适应上海对外公路交通发展的需要，因此加快沪苏高速公路(原A16)建设工程是为加速上海公路网建设、提高上海公路网水平、完善公路网创造条件。沪苏高速公路(原A16)(如图1所示)是一条连接上海与江苏的高速公路，其能有效缓解沪苏主通道的交通压力，增进长三角的经济联动，强化上海与苏锡常都市圈的横向联系。本工程按双向六车道高速公路标准设计，全封闭、全立交，设计行车速度120 km/h。沪苏高速公路(原A16)位于上海市青浦境内，起点为沪苏交界处，一直向东，与G1501(原 A30)相交，至G15(原 A5)高速公路。按照规划及建设需要，本线路分两期进行建设，从起点至G1501为第1期，已于2007年立项并进行建设，至2010年年初建设完成;从G1501至G15为第2期，于2011年立项，现完成首次的平面控制测量。

图1

二、控制测量

1．测前准备

首先确定上海市坐标系作为本项工程的平面坐标系，并根据线位的位置及上海市测绘院建立的永久性虚拟参考站的位置，选定嘉定(GJ03)、青浦(GJ08)和莘庄(GJ09)3个虚拟参考站作为本项工程的GPS平面控制起算点。

根据立项的先后，我院先于2007年进行了本工程从起点至G1501段的GPS平面控制的选点，依据本项工程线状的特点及GPS控制网的以下布设原则：

1)精度上满足工程设计和施工阶段对控制的要求;

2)密度上满足施工方进行工程施工放样的需要;

3)技术上先进、经济合理，确保成果的正确性、可靠性;

4)点位应选在视野开阔、稳固可靠的地方，便于进行GPS的观测，有利于点位长期保存，顺利进行工程的建设;

5)平面控制网采用线型点对的形式，点位距离为500～700m;

6)每一个GPS点均保证至少有一个方向通视，以便于对GPS网中的点位进行距离检验。

对本工程的第1期根据设计的网形及现场实际情况共选取了19个GPS平面控制点，其中8个选在坚固稳定的建筑物的顶面上;8个选在沿线土质坚硬的水泥地上;其余3个为在松软的土质上建造深埋桩，点位均采用特制的六角螺钉埋设。网形见图2。GPS控制网的精度参照《全球定位系统(GPS)测量规范》及工程建设的需要，确定布设等级为D级。即：最弱边相对中误差≤1/45 000，最弱点点位中误差≤±3 cm。

图2 沪苏高速公路(1期)平面控制示意图

2．数据采集

本工程的第1期19个GPS点都符合GPS观测条件且不易被破坏，根据编制的GPS卫星可见性预报图，选择最佳观测时间，采用8台ASHTECH接收机进行同步静态观测，数据采样间隔为20 s，每个时段长45min。仪器严格整平对中，天线高在测前、测中、测后量取3次，较差不超过3mm，取其平均值作为天线高。在整个数据采集过程中，均按照规范操作，所有GPS接收机工作正常，共进行3个时段的观测，其间联测并采集了上海市3个VRS基准站(GJ03、GJ08和 GJ09)的数据。

3．数据处理

此次数据处理采用同济大学的GPS数据处理软件进行数据处理，其顺序为：

首先进行基线解算，其过程是：读入数据→编辑测站→参数设置→单点定位→组成差分→失周处理→基线解算，整个过程均由软件自行完成，无须进行过多的人工干涉，只是在修改点名和输入天线高时避免误操作。解算出来的基线质量的检验是通过RATIO、RMS(其中 RMS≤0。015;RATIO≥60，见表1)及重复基线(基线长度较差在见表2)3个指标来完成的，选取质量合格的基线组成闭合环，本控制网选取136条基线，组成86闭合环，见表 3)

式中，D为相邻点间距离，平均距离约为500m。按表1，所有基线均为合格基线;按表2，基线长度较差均小于规范规定的范围内，可以认为所有基线都是可靠的;按表3，所有闭合环的闭合差满足了规范规定的限差要求，可以认为基线质量是合格的。

表1 基线参数

表2 重复观测基线长度较差 mm

表3 闭合环参数

其次进行网平差，以上述的两个基准站作为此次GPS网的起算数据，进行二维约束平差，将WGS-84基准下的大地坐标转换为上海市平面坐标系;最后进行数据分析，根据网平差的结果，全网19个GPS点的点位中误差均小于限差要求，所有的数据结果质量都是可靠的。

4．距离检验

对于已经解算出的GPS成果，为了保证成果的可靠性，对其成果进行距离的检验。本项工程利用Leica TC2003全站仪(标称精度为±(1 mm+1×10-6D)和与其相配套的棱镜对GPS控制点相邻边进行距离测量。进行距离测量时，要详细记录气温、气压等大气参数，所测距离应进行气温、气压的改正和仪器加、乘常数的改正。经过综合改正的距离与GPS成果反算的距离进行较差比较，用来检核此次GPS成果的精度。

三、复测数据

应客户的要求，也为了便于监测此网中点位的变化情况，对此控制网点每年复测1次，至2010年本工程第1期结束，共进行3次复测。其复测数据较差见表4。

表4 GPS点复测数据较差表 cm

从表4可以看出16个GPS点位变化均在2 cm范围内，说明这些点位变化量在允许的范围内，可以视为不变的。G3点位于一幢建筑物顶面上，因建造高速立交而被拆除;G13点位于一条道路边上，因此路翻修而遭到损坏;G9位于农田的田埂边，因点位边上施工造成此点位发生偏移，且偏移量超过限差，故而在第2次复测后对坐标进行修正，并对点位进行加固。

根据立项的时间表，本工程从G1501至G15的第2期于2011年开始建设，在2011年2月结束第一次的测量工作，其间这两期控制网的起算点相同，而其起始的第1个控制点即第1期的最后一个控制点为G19。G19前后两期坐标见表5。

从表5可以看出，虽然本高速公路分两期施工，且时间跨度长达4年，但是通过选用相同的起算点及选点的恰当可以顺利地进行衔接。考虑到沪苏公路第一期建设已经结束，而第2期建设刚开始，此次G19成果采用第2期第1次测量的成果。

表5 G19点两期坐标数据比较表

四、体会与建议

1)进行高速公路的平面测量时，点位应尽量选在施工范围之外50m的范围内，便于施工测量且要容易保护。如果选在松软的土质上，则建议点位埋设采用埋深桩并应及时交于施工单位以便于保护。

2)高速公路的建设一般都进行分期分段施工，进行测量时要注意与前期施工控制网的衔接，作业时最好选用相同的起算控制点，并有相同的GPS点进行校核。

3)平面复测一般一年进行一次较为适宜，对于破坏的点位如果建设方需要则应该在复测过程中进行补缺，以便于建设方顺利进行工程的建设。

4)平面复测成果与前次成果较差值如果在变化量允许范围之内的，则提供客户报告成果以不变为宜，如果超出则须对坐标进行修正后提供新成果。

[1]王解先．GPS精密定轨定位[M]．上海：同济大学出版社，2002．

[2]朱华统、杨元喜、吕志平．GPS坐标系统的变换[M]．北京：测绘出版社，1994．

[3]施一民．现代大地控制测量[M]．北京：测绘出版社，2003．