丁國(guó)華，周保梅

(1.云南省地礦測(cè)繪院，云南昆明 650218;2.晉寧縣規(guī)劃測(cè)繪設(shè)計(jì)所，云南 晉寧 650600)

無(wú)已知點(diǎn)的山區(qū)、高山區(qū)高等級(jí)公路高程控制網(wǎng)的建立*

丁國(guó)華1，周保梅2

(1.云南省地礦測(cè)繪院，云南昆明 650218;2.晉寧縣規(guī)劃測(cè)繪設(shè)計(jì)所，云南 晉寧 650600)

為解決無(wú)已知點(diǎn)的山區(qū)、高山區(qū)高等級(jí)公路高程控制網(wǎng)的建立問(wèn)題，提出了鎖鏈?zhǔn)剿牡裙怆姕y(cè)距高程導(dǎo)線控制網(wǎng)的布設(shè)方案。以昆曼公路(磨憨至南哈塔段)為例，詳細(xì)介紹了該方案的具體實(shí)施情況，通過(guò)對(duì)觀測(cè)結(jié)果精度的分析，得出各項(xiàng)限差均能滿足高等級(jí)公路設(shè)計(jì)及公路施工放樣要求的結(jié)論。

山區(qū);高等級(jí)公路;四等;光電測(cè)距;高程控制網(wǎng)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高等級(jí)公路建設(shè)需求日趨頻繁，因此進(jìn)行高等級(jí)公路的平面、高程控制測(cè)量就顯得非常重要。

高等級(jí)公路高程控制測(cè)量的特點(diǎn)是線路長(zhǎng)、寬度窄，長(zhǎng)則數(shù)百公里，短則數(shù)十公里，而寬度只有三四百米，屬于典型的帶狀測(cè)量。山區(qū)、高山區(qū)地形地貌的特征是高差較大、植被茂盛，不適宜采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量方法。目前建立高等級(jí)公路高程控制測(cè)量較為實(shí)用的方法是采用四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線測(cè)量代替四等水準(zhǔn)測(cè)量。

高等級(jí)公路在設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮里程短，還要滿足轉(zhuǎn)彎半徑及坡度等技術(shù)指標(biāo)的要求。對(duì)于地形起伏較大的山區(qū)、高山區(qū)來(lái)說(shuō)，公路線路的布設(shè)一般都遠(yuǎn)離現(xiàn)有的公路而選擇沿河流兩岸布設(shè)，而現(xiàn)有的國(guó)家高等級(jí)高程控制點(diǎn)一般是沿原有公路主干道布設(shè)的，所以許多擬建高等級(jí)公路的附近都沒(méi)有國(guó)家高等級(jí)高程控制點(diǎn)，這樣，采用傳統(tǒng)的四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線布設(shè)通常難以實(shí)現(xiàn)，有時(shí)甚至是無(wú)法實(shí)現(xiàn)(如本例)。

為了解決此問(wèn)題，筆者提出了一種無(wú)已知點(diǎn)的山區(qū)、高山區(qū)高等級(jí)公路高程控制網(wǎng)的建立方法:首先把為擬建高等級(jí)公路而布設(shè)的四等GPS平面控制網(wǎng)中部的某一控制點(diǎn)高程假設(shè)成GPS擬合高程，并將其作為測(cè)區(qū)高程控制網(wǎng)的起算高程;其次以公路線路上所布設(shè)的四等GPS及一、二級(jí)平面控制點(diǎn)作為公路線路的高程控制主路線;然后在主路線上，每3個(gè)點(diǎn)的中部增加1個(gè)高程控制點(diǎn)，使之與主路線相鄰3個(gè)點(diǎn)構(gòu)成1個(gè)閉合環(huán)，即采用隔點(diǎn)閉合的形式，鎖鏈?zhǔn)降牟荚O(shè)整條公路高程控制網(wǎng)。按規(guī)范要求對(duì)整個(gè)高程控制網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)觀測(cè)，求取公路線路上所有控制點(diǎn)的四等光電測(cè)距高程，以滿足公路設(shè)計(jì)、施工放樣及監(jiān)測(cè)等的需求。

1 常規(guī)四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線控制測(cè)量

依據(jù)《公路勘測(cè)規(guī)范》規(guī)定，要求四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線附合或環(huán)線長(zhǎng)度不得大于25 km，即要求每隔25 km至少有兩個(gè)三等以上的水準(zhǔn)點(diǎn)，以此作為四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線的起算點(diǎn)。

利用擬建公路線路上布設(shè)的四等GPS及一、二級(jí)平面控制點(diǎn)作為四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線點(diǎn)，采用測(cè)角精度不低于2″的全站儀，對(duì)邊長(zhǎng)、垂直角進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，各項(xiàng)精度指標(biāo)均應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行。

通過(guò)測(cè)定相鄰兩點(diǎn)間的邊長(zhǎng)及垂直角，計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差，最后求得整條線路控制點(diǎn)高程。兩點(diǎn)之間高差的計(jì)算公式為:

往返測(cè)高差之差計(jì)算公式為:

測(cè)段或整條線路的高程計(jì)算公式為:

高程路線閉合差的計(jì)算公式:

式中:h往為往測(cè)高差;h返為返測(cè)高差;h′往、h′返分別為未加兩差改正的兩點(diǎn)之間往測(cè)、返測(cè)高差;h為兩點(diǎn)之間往返測(cè)高差的中數(shù);S往(返)為兩點(diǎn)間經(jīng)改正后的斜距;a往(返)為兩點(diǎn)間觀測(cè)的垂直角;C為兩差改正系數(shù);ha、hb為待定點(diǎn)高程;Ha、Hb為已知點(diǎn)高程;為已知點(diǎn)至待定點(diǎn)的高差之和;Δh、WΔ分別為往返高差之差及高程路線閉合差。

從以上公式可以看出，待定點(diǎn)高程精度取決于起算點(diǎn)及兩點(diǎn)間的路線長(zhǎng)度和觀測(cè)精度。因此，若沒(méi)有高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)作為控制起算點(diǎn)，難以按規(guī)范要求布設(shè)四等水準(zhǔn);若布設(shè)成支導(dǎo)線則水準(zhǔn)路線又太長(zhǎng)，且高差沒(méi)有檢核條件，難以判定其正確性。布設(shè)成簡(jiǎn)單的1個(gè)閉合環(huán)的形式，因邊數(shù)多、路線長(zhǎng)，若觀測(cè)過(guò)程中某一段或某幾段高差出現(xiàn)粗差，必然導(dǎo)致整個(gè)高程路線閉合差超限，致使整個(gè)環(huán)線必須重測(cè)，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，即便高程路線閉合差滿足規(guī)范要求，其待定點(diǎn)高程中誤差也難以保證。

因此，在無(wú)已知高程控制點(diǎn)的山區(qū)、高山區(qū)，很難按常規(guī)方法布設(shè)高程控制網(wǎng)，布設(shè)為支線高程路線或是簡(jiǎn)單的閉合環(huán)線，因高差段數(shù)太多，檢核條件太少，導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)不能及時(shí)得到檢核，高程路線閉合差及待定點(diǎn)高程中誤差難以滿足要求，最終會(huì)造成大量的返工。

2 鎖鏈?zhǔn)剿牡裙怆姕y(cè)距高程導(dǎo)線控制測(cè)量

2.1 控制網(wǎng)布設(shè)及觀測(cè)

以擬建公路線路上所布設(shè)的四等GPS及一、二級(jí)平面控制點(diǎn)作為公路線路的高程控制主路線，然后在主路線上每3個(gè)點(diǎn)的中部的加一個(gè)高程控制點(diǎn)，使之與主路線相鄰3個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)，即采用隔點(diǎn)閉合的形式，鎖鏈?zhǔn)降牟荚O(shè)整條公路高程控制網(wǎng)(見(jiàn)圖1)，最終由多個(gè)閉合環(huán)即組成一個(gè)鎖鏈?zhǔn)降母叱炭刂凭W(wǎng)。垂直角及邊長(zhǎng)的觀測(cè)按前面所述的常規(guī)測(cè)量要求進(jìn)行。

圖1 鎖鏈?zhǔn)介]合環(huán)Fig.1 The closed loop of the chain style

2.2 數(shù)據(jù)處理

以四等GPS平面控制網(wǎng)中部某一控制點(diǎn)的假定GPS擬合高程作為測(cè)區(qū)高程控制網(wǎng)的起算高程，邊長(zhǎng)計(jì)算中加入儀器的加、乘常數(shù)以及氣象改正進(jìn)行計(jì)算。按照前文所述公式計(jì)算各段的高差，檢核往返高差及各環(huán)線閉合差是否超限，待各項(xiàng)限差均符合要求后，按12 km左右設(shè)計(jì)線路長(zhǎng)(這樣才能保證每個(gè)閉合環(huán)線的路線長(zhǎng)滿足要求)，把鎖鏈?zhǔn)降母叱炭刂凭W(wǎng)組合成幾個(gè)大環(huán)，進(jìn)行高程控制網(wǎng)整體平差計(jì)算，求得各待定點(diǎn)的高程值，作為整條公路設(shè)計(jì)施工放樣的高程控制成果。

經(jīng)過(guò)以上處理，既能使相鄰兩點(diǎn)的高差得到及時(shí)的檢驗(yàn)，同時(shí)也剃除了粗差，確保了每個(gè)點(diǎn)高程的正確性，把可能重測(cè)的工作量降到最低，又能對(duì)整個(gè)高程控制網(wǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)，以滿足公路設(shè)計(jì)施工對(duì)高程控制的要求。以昆曼公路(磨憨至南哈塔段)四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線的環(huán)線閉合差計(jì)算為例(見(jiàn)表1)。從精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出:各項(xiàng)限差均能滿足規(guī)范及公路施工放樣的要求。

表1 昆曼(磨憨至南哈塔段)公路四等高程平差各環(huán)線精度統(tǒng)計(jì)表Tab.1 The precision statistics of closed loops of the fourth order height adjustment of Kuming-Bangkok Highway(the sect of from Mohan to Nanhata)

續(xù) 表

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以昆曼公路(磨憨至南哈塔段)為例，討論了無(wú)已知點(diǎn)的山區(qū)、高山區(qū)高等級(jí)公路高程控制測(cè)量的特點(diǎn)，提出了建立鎖鏈?zhǔn)焦犯叱炭刂凭W(wǎng)的方法。實(shí)踐證明，該方法切實(shí)可行，能滿足高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)的要求。

[1]JTG C10—2007，公路勘測(cè)規(guī)范[S].

[2]JTJ/T066—98，公路全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].本文的寫(xiě)成參閱了《昆曼公路地形測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)及技術(shù)總結(jié)》內(nèi)部資料。

Establishment of Height Control Network in Mountain Area High-grade Highway without Known Points

DING Guo-hua1，ZHOU Bao-mei2
(1.Yunnan Institute of Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources，Kunming Yunnan 650218，China;2.Jinning Institute of Planning and Design，Jinning Yunnan 650600，China)

In oder to solve the estabishment problem of high-grade highway control network in mountains area without known points，the authors put forward the layout by means of the chain style's the fourth electrical optical distance elevation traverse control，Kunming-Bangkok highway，for example，the authiors introduce in detail the concrete implement status of the playout，get a conclusion of that all tolerance could satisfy the requiremrnts of the desaign and highway construction setting out.

mountains area;high-grade highway;fourth order;electric optical distance measurement;elevation control network

P 225.2;P 228.4

B

1007－9394(2011)02－0041－03

2011－03－13

丁國(guó)華(1970～)，男，貴州畢節(jié)人，工程師，現(xiàn)主要從事測(cè)繪生產(chǎn)及管理方面的工作。