浅谈山区高等级公路施工控制网布设及测算

于洋 孔庆波

摘 要：山岭地区山峦起伏、森林茂密、荆棘丛生，导致通视及通行条件极差。因此，山岭地区的高等级公路工程，一般是由大量的桥梁和隧道工程连接而成，工程复杂，技术难度大，必须要建立高精度的施工测量控制网，满足工程施工的需要。文章介绍山区公路施工控制网的布设方法，注意事项及测量方法，解算方式。

关键词：山区；高等级公路；施工控制网

1 工程概况

现以某山区高速公路为例，其沿线地形起伏较大，通视、通行条件极为不便，野外作业难度非常大。本标段控制网为独立坐标系，1985国家高程基准。平面坐标采用四等GPS控制网控制，高程采用四等水准控制。

2 平面控制网的布设及测算

2.1 四等GPS控制点布设

本工程有几个特点：

（1）呈带状不规则区域，起始段呈南北走向，后半段呈东西走向；（2）线路里程较长；（3）沿线森林茂密，地形起伏较大，同时条件极差；（4）沿线周围已知点较少。

本测区通视条件差，沿线高级控制点稀少，故应按照“整体布局，分级控制”的原则布设四等GPS控制点，作为沿线的首级控制，然后再进行加密控制点的布设。两个GPS点一般不超过2km，全线布设30个四等GPS控制点，且至少要两两通视。GPS控制点应选在土质坚实、稳固，视野开阔，高度角在15°以上范围内没有障碍物的地方，附近不能有高压线，无线电等强烈干扰接受卫星信号的干扰源或强烈反射卫星信号的物体。选取GPS控制点是应该尽量交叉路线进行选择，不要都在路线的一侧布设，来影响定位精度。

2.2 四等GPS控制网的测算

GPS控制测量观测前，应对接收机进行预热和静置，同时应检查电池的电量、接收机的内存和可存储空间是否充足，然后安置仪器，量取天线高，观测时应该同时开机，开始记录，同时做好测站记录，包括控制点的点名、接收机的序列号、仪器高、开关机时间等相关的测站信息。四等GPS控制网的观测时段长度要求是在15～45分钟，所以我们把观测时间定位45分钟，这样解算的时候可用的同步观测数据会多一些。

将各GPS点依次相联组成几何图形就能获得GPS网形。对于GPS控制网宜采用有多个多边形闭合环组成，且相邻闭合环之间依边连接的图形。在此，每条边代表两台GPS接收机在该边两端点上同步连测所得的一个独立基线向量。如果在一个测段内，同步连测的接收机多于两台（设为m台，m>2），则只能获得m-1个独立基线向量。也就是说，在设计的GPS控制网中所包含的任一观测时段中的独立基线向量只能使m-1个，多了则参入了不应有的观测值，少了则错失了有用的观测值。为此，在安排观测计划时，应根据设计好的网形，决定每测段中基线向量的取舍。以确定GPS网确实是由独立基线向量所组成的。

在山区高等级公路布设GPS控制网时，每两个相邻异步环之间最好还是采用边连式（两环之间有两个公共点），而不宜采用点连式（两环之间一个公共点）。因为有公共边毗连的多个闭合环的网形比仅有一个公共点连接的网形具有更高的图形强度，并且在不增加野外工作量的条件下，却能获得相同的多余观测数。

本标段GPS控制网的解算采用的是中海达数据处理软件。接收机采用的是的拓普康HiperGB。由于所用的数据处理软件和接收机不是同一厂商的，所以导出来的原始数据要进行格式转换。目前，最常用的格式是RINEX格式，中海达数据处理软件能够直接处理此格式的数据。解算过程如下：

（1）外业输入数据的检查与修改。在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。

（2）设定基线解算的控制参数。基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算的控制参数是基线解算时的一个非常重要的环节，通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。

（3）基线解算。基线解算的过程一般是软件自动进行的，无须过多人工干预。

（4）基线质量的检验。基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验，只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线的质量检验需要通过RATIO、RDOP、RMS、同步环闭合差、异步环闭合差和重复基线较差来进行。

（5）GPS基线网平差。GPS网平差分为无约束平差，约束平差和联合平差。首先进行三维无约束平差，判断所构成的GPS网中是否有粗差基线，如果发现含有粗差的基线，需要进行相应的处理，必须使得最后用于构成控制网的所有基线向量均满足质量要求。调整各基线向量观测值的权，使得他们相互匹配。然后进行约束平差，制定进行平差的基准和坐标系统，指定起算数据，检验约束条件的质量，进行平差解算。

3 高程控制网的布设及测算

3.1 高程控制网的布设

在传统的道路施工测量中，全站仪主要用于平面测量而高程主要靠水准仪几何水准测量，近年来随着全站仪精度的提高，三角高程已经可以取代三、四等水准测量，工程实践和文献介绍表明，三角高程甚至有取代二等水准测量的趋势。这证明道路施工中完全可以用全站仪代替水准仪进行高程测量。本标段就是采用全站仪三角高程测量方法，高程控制网的布设是在平面控制点的基础上布设成三角高程网，测区的高程系统为1985国家高程基准。

3.2 高程控制网的测算

在测站上安置全站仪，量取仪器高i，在目标点上安置棱镜，量取棱镜高t。用全站仪瞄准棱镜，进行测量，读取两点间的水平距离D，高差。盘左、盘右观测为一测回，一般观测2～4个测回，取其平均值。然后进行计算。

如图1所示，设A，B为地面上高度不同的两点。已知A点高程HA，只要知道A点对B点的高差HAB即可由HB=HA+hAB得到B点的高程HB。

图1

图中：D为A、B两点间的水平距离а为在A点观测B点时的垂直角i为测站点的仪器高，t为棱镜高HA为A点高程，HB为B点高程。V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差（V=Dtanа）首先我们假设A，B两点相距不太远，可以将水准面看成水准面，也不考虑大气折光的影响。为了确定高差hAB，可在A点架设全站仪，在B点竖立棱镜杆，观测垂直角а，并直接量取仪器高i和棱镜高t，若A，B两点间的水平距离为D，则hAB=V+i-t。

故 HB=HA+Dtanа+i-t

这就是三角高程测量的基本公式，但它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的。因此，只有当A，B两点间的距离很短时，才比较准确。当A，B两点距离较远时，就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了。所以为了消除地球曲率与大气折光的影响，我们进行对向观测，来使其相互抵消。这样，就可以根据上面的计算公式算出两点之间的高差，再算出高差闭合差之后，把高差闭合差根据水平距离平均分配到每段观测高差里，从而计算出各个点之间的改正后的高差，根据已知点的高程推算出未知点的高程。

4 结束语

在高山密林地区进行高等级公路施工控制测量时，应该应用GPS技术结合常规的测量技术，来充分发挥各自的长处，优势互补。为了保证平面控制的精度，应适当限制导线的长度，在现在GPS技术广泛应用的今天，是既省时省力，又能提高精度的可行方案。对于长隧道，特大桥等工程应当在建立统一控制网的基础上，建立独立的控制网。

参考文献

[1]李青岳，陈永奇.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1995.

[2]工程测量规范[M].（GB50026-2007）中国计划出版社，2008.

[3]孔祥元.控制测量学[M].北京：测绘出版社，1991.