摘要：從選擇控制點(diǎn)與埋設(shè)標(biāo)石、控制網(wǎng)數(shù)據(jù)加密測(cè)量等方面詳細(xì)闡述了GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用方法，以新建贛州至深圳客運(yùn)專線工程一個(gè)標(biāo)段施工為例，制定了測(cè)量目標(biāo)，提出了測(cè)量方法。測(cè)量結(jié)果表明：應(yīng)用本文所述GPS測(cè)量技術(shù)，能夠減少控制點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)誤差，滿足精度要求。在施工過(guò)程中能夠精準(zhǔn)進(jìn)行放樣與測(cè)量，體現(xiàn)了GPS測(cè)量技術(shù)的高可靠性。

關(guān)鍵詞：施工控制網(wǎng)；GPS測(cè)量技術(shù)；標(biāo)石；基線解算

0" "引言

隨著國(guó)家高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，高速鐵路的工程質(zhì)量不斷提升，高速鐵路的施工環(huán)境持續(xù)改善，高速鐵路的行車標(biāo)準(zhǔn)得到優(yōu)化。在高速鐵路工程施工過(guò)程中，常運(yùn)用多種方法對(duì)施工線路進(jìn)行測(cè)量，以此控制高速鐵路工程施工質(zhì)量。先進(jìn)的測(cè)量方法能夠提供精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，改進(jìn)高速鐵路的設(shè)計(jì)方案，提升其施工效率，降低其施工成本。

在數(shù)據(jù)接收過(guò)程中，通過(guò)具象顯示在控制網(wǎng)中的數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)高速鐵路的高質(zhì)量建設(shè)，保證高鐵列車的平穩(wěn)運(yùn)行[1]。但目前在高速鐵路工程施工測(cè)量過(guò)程中，存在多種形式的定位誤差，使得控制網(wǎng)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中難以符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，造成數(shù)據(jù)處理工作量增加，導(dǎo)致工程施工效率降低。為此，本文以高速鐵路施工控制網(wǎng)中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際工程對(duì)該測(cè)量技術(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析。

1" "GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用方法

1.1" "選擇控制點(diǎn)與埋設(shè)標(biāo)石

1.1.1" "選擇控制點(diǎn)

在高速鐵路工程施工前，應(yīng)對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行勘測(cè)，在此基礎(chǔ)上選擇將要布置的控制點(diǎn)位置。在選擇控制點(diǎn)位置時(shí)，將點(diǎn)位選擇在較為平坦的區(qū)域或者穩(wěn)固的建筑物上，以便長(zhǎng)期保留和使用。控制點(diǎn)的位置要明顯、開闊，容易實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制點(diǎn)之間的通視，減少周圍環(huán)境影響衛(wèi)星定位的信號(hào)接收[2]。

選擇的控制點(diǎn)要符合工程規(guī)范要求，保證控制點(diǎn)基礎(chǔ)穩(wěn)定，防止因其基礎(chǔ)不穩(wěn)影響衛(wèi)星信號(hào)接收質(zhì)量。運(yùn)用GPS測(cè)量技術(shù)將兩個(gè)不通視的控制點(diǎn)進(jìn)行連接，獲得對(duì)應(yīng)的距離結(jié)果，有利于提升測(cè)量的準(zhǔn)確程度。將控制點(diǎn)位選在施工放樣位置，便于在使用過(guò)程中留有一定的空間。鐵路和斜井控制網(wǎng)示意如圖1所示。

1.1.2" "埋設(shè)標(biāo)石

在控制點(diǎn)位置確定之后，在確定的控制點(diǎn)位置埋設(shè)標(biāo)石，同時(shí)埋設(shè)觀測(cè)樁來(lái)提升控制點(diǎn)的使用次數(shù)。按設(shè)計(jì)尺寸挖掘標(biāo)石基坑，并在施工場(chǎng)地完成水泥配制[3]。建筑物上的GPS控制點(diǎn)標(biāo)石要埋設(shè)在其承重結(jié)構(gòu)上。埋設(shè)的標(biāo)石選用預(yù)制鋼標(biāo)水泥樁，標(biāo)石與控制點(diǎn)處用鋼絲進(jìn)行焊接，同時(shí)需要保持豎直狀態(tài)。對(duì)埋設(shè)的標(biāo)石進(jìn)行編號(hào)，做好標(biāo)記，并加入GPS控制網(wǎng)。

地面上的GPS控制點(diǎn)使用混凝土鋼標(biāo)銅芯樁，澆筑在確定的控制點(diǎn)位置。高速鐵路線路在敷設(shè)過(guò)程中，存在多條線路相交的情況。為了提升其測(cè)量精度，需要將GPS控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)在距離高壓線20m之外的基礎(chǔ)穩(wěn)定的地面中，并按照實(shí)際情況增加GPS控制點(diǎn)數(shù)量[4]。埋設(shè)的GPS地面控制點(diǎn)標(biāo)石如圖2所示。

1.1.3" "安裝接收機(jī)

在進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)需及時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，為此需要安裝GPS接收機(jī)。安裝接收機(jī)時(shí)要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地形，將其固定在基座上，使其與衛(wèi)星信號(hào)接收位置相同，以獲得較為準(zhǔn)確的鐵路控制網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。如果遇到惡劣天氣時(shí)，要對(duì)GPS接收機(jī)的基座進(jìn)行加固，避免設(shè)備損壞。設(shè)置控制點(diǎn)測(cè)量時(shí)間間隔為10min。在施工過(guò)程中，控制網(wǎng)點(diǎn)的工作人員要及時(shí)檢查接收機(jī)的通信狀況。數(shù)據(jù)采集后，將GPS接收機(jī)存儲(chǔ)器中觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)[5]。

1.2" "控制網(wǎng)數(shù)據(jù)加密測(cè)量

1.2.1" "設(shè)置控制網(wǎng)

根據(jù)GPS控制網(wǎng)精度要求，為了順利進(jìn)行鐵路工程測(cè)量，采用方格網(wǎng)方法對(duì)其進(jìn)行加密測(cè)量，以減少測(cè)量累積誤差，使方格中的測(cè)量精度得到提升。將方格網(wǎng)分成兩級(jí)進(jìn)行測(cè)量，設(shè)定方格網(wǎng)中的方格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量為20個(gè)，并設(shè)定對(duì)應(yīng)的一級(jí)網(wǎng)點(diǎn)和二級(jí)網(wǎng)點(diǎn)。GPS測(cè)量作業(yè)的技術(shù)要求如表1所示。

表1中，PDOP值是空間衛(wèi)星分布的位置精度值，即位置精度因子，是由衛(wèi)星維度、經(jīng)度和高程等誤差的平方和，再開根號(hào)得出的數(shù)值。該數(shù)值在0.5～99.9之間，一般衛(wèi)星分布越好，PDOP值越小。

1.2.2" "基線解算及質(zhì)量要求

在導(dǎo)航中運(yùn)用三維坐標(biāo)精度因子來(lái)衡量衛(wèi)星在空間的分布狀態(tài)。精度因子的大小與GPS定位誤差呈正比關(guān)系。根據(jù)衛(wèi)星分布狀態(tài)來(lái)進(jìn)行衛(wèi)星的分布清理，同時(shí)進(jìn)行基線解算。運(yùn)用坐標(biāo)分量閉合差作為觀測(cè)值，將GPS接收機(jī)采集到的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算，得到同步觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)內(nèi)的空間基線向量，并對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)[6]。

如果在質(zhì)量檢驗(yàn)過(guò)程中存在不合格基線，則需要立即刪除。根據(jù)不同觀測(cè)站坐標(biāo)內(nèi)的位置關(guān)系，得到不同長(zhǎng)度屬性的GPS基線。將水平與垂直位置的屬性進(jìn)行結(jié)果同步，得到GPS控制網(wǎng)的平差，獲得最終觀測(cè)點(diǎn)的結(jié)果值。在獲得基線向量后，對(duì)基線解算的質(zhì)量進(jìn)行要求?；€解算質(zhì)量要求如表2所示。表2中，為閉合環(huán)中的邊數(shù)。

1.2.3" 數(shù)據(jù)平差處理

在基線解算完畢后，即可進(jìn)行平差處理。在坐標(biāo)系中進(jìn)行三維無(wú)約束平差處理，得到結(jié)果后的不同基線向量坐標(biāo)觀測(cè)值的信息，便能夠判斷GPS控制網(wǎng)的精度，得到可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)基線超過(guò)邊長(zhǎng)精度時(shí)，表示存在粗差，需要?jiǎng)h除[7]。在全部方格網(wǎng)進(jìn)行GPS測(cè)試后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成果精度檢驗(yàn)，運(yùn)用全站電子測(cè)試儀對(duì)方格網(wǎng)的邊長(zhǎng)和角度進(jìn)行復(fù)測(cè)，得到最終結(jié)果。

2" "實(shí)例分析

2.1" "工程概況

新建贛州至深圳客運(yùn)專線工程GSSG-8標(biāo)段一工區(qū)，起迄里程為DK374+336.45～DK386+198.37，正線全長(zhǎng)為11.862km，該工程主要包括潼湖特大橋104號(hào)橋墩至深圳北方向的橋梁及其附屬工程。

2.2" "測(cè)量目標(biāo)

為了測(cè)試本文所述GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用方法在高速鐵路工程施工測(cè)量網(wǎng)應(yīng)用的準(zhǔn)確性，在設(shè)置控制網(wǎng)時(shí)，運(yùn)用邊聯(lián)接方法進(jìn)行組網(wǎng)，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置A、B、C、D、E、F等6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)GPS控制網(wǎng)的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行誤差計(jì)算，在滿足誤差＜0.1m時(shí)即達(dá)到預(yù)期的GPS測(cè)量技術(shù)的測(cè)量目標(biāo)。

2.3" "測(cè)量方法

2.3.1" "設(shè)置施工控制網(wǎng)

在對(duì)該客運(yùn)專線平面復(fù)測(cè)過(guò)程中，使用SE5型雙頻GPS接收機(jī)，其精度為2×10-5m，符合使用規(guī)范要求。在該標(biāo)段內(nèi)埋設(shè)平面控制點(diǎn)20個(gè)組成施工控制網(wǎng)，所有控制點(diǎn)位保存均較為完善。該客運(yùn)專線GPS施工控制網(wǎng)示意如圖3所示。

2.3.2" "設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)

設(shè)定A至F等6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在開始觀測(cè)之前，需要對(duì)光學(xué)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)；在測(cè)量過(guò)程中，每間隔15min進(jìn)行1次狀態(tài)觀測(cè)。同時(shí)將GPS接收機(jī)安放在基座上，將待測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確調(diào)整到相機(jī)的中心位置，并設(shè)定高度夾角為20°。在不同時(shí)段的測(cè)量過(guò)程中，選擇不同的測(cè)量角度，利用接收機(jī)量取高度，量取誤差要求控制在±3mm。

在觀測(cè)過(guò)程中不能重復(fù)進(jìn)行測(cè)量，不能調(diào)整天線位置。工作人員在觀測(cè)時(shí)要遠(yuǎn)離接收機(jī)。在控制網(wǎng)復(fù)測(cè)過(guò)程中，調(diào)整天線的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，觀測(cè)儀器的工作狀態(tài)，減少在觀測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生其他因素的不利影響。

2.3.3" "數(shù)據(jù)處理

在GPS數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，運(yùn)用基線解算軟件LFO6.3及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)基線進(jìn)行解算。同時(shí)，設(shè)定在基線解算過(guò)程中衛(wèi)星高度角為15°。使用GPS控制網(wǎng)時(shí)，所選擇的觀測(cè)點(diǎn)位應(yīng)該相互清晰，通常選擇在距離線路中心位置80m處。為了減少電磁場(chǎng)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的干擾，需要選擇基礎(chǔ)穩(wěn)定的區(qū)域。為了驗(yàn)證GPS施工控制網(wǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選擇局部一小段控制網(wǎng)，運(yùn)用導(dǎo)線測(cè)量的形式布網(wǎng)測(cè)量，運(yùn)用TRC+121全站測(cè)量?jī)x進(jìn)行邊角數(shù)據(jù)測(cè)量，并設(shè)定A和B為起始點(diǎn)，根據(jù)A、B端自由導(dǎo)線計(jì)算剩余點(diǎn)的坐標(biāo)。

在基線向量滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后，按照最小閉合環(huán)方式對(duì)全網(wǎng)基線向量進(jìn)行搜索，使得GPS控制基線向量網(wǎng)中的所有獨(dú)立閉合差達(dá)到限差要求。同時(shí)，將平面控制網(wǎng)進(jìn)行二維約束，并應(yīng)用SYDPS處理軟件進(jìn)行誤差解算。

2.4" "觀測(cè)結(jié)果與分析

2.4.1" "觀測(cè)結(jié)果

將導(dǎo)線測(cè)量邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)與GPS測(cè)量反算邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，通過(guò)誤差計(jì)算得到觀測(cè)結(jié)果。邊長(zhǎng)誤差觀測(cè)結(jié)果如表3所示。

2.4.2" "分析觀測(cè)結(jié)果

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果可知，在點(diǎn)A至F觀測(cè)點(diǎn)中，GPS測(cè)量反算邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)與導(dǎo)線測(cè)量邊長(zhǎng)（實(shí)際測(cè)量）數(shù)據(jù)之間相對(duì)誤差均為0，這說(shuō)明應(yīng)用本文所述GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用方法能夠減少控制點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)誤差，能夠滿足精度要求。在施工過(guò)程中能夠精準(zhǔn)進(jìn)行放樣與測(cè)量，體現(xiàn)了GPS測(cè)量技術(shù)的高可靠性。

2.4.3" "觀測(cè)結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，使得控制網(wǎng)的精度指標(biāo)滿足實(shí)際施工需求，可獲得較為穩(wěn)定的施工控制網(wǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，可將其直接應(yīng)用于施工測(cè)量。通過(guò)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可查驗(yàn)施工質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用，極大縮短了測(cè)量所用時(shí)間，提供了更為精準(zhǔn)的控制結(jié)果。對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行定期復(fù)測(cè)可以提升控制網(wǎng)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，可減少人力物力支出?？傊疚乃鯣PS測(cè)量技術(shù)可在高速鐵路施工控制網(wǎng)中予以應(yīng)用。

3" "結(jié)束語(yǔ)

本文從高速鐵路施工控制網(wǎng)入手，深入分析了GPS測(cè)量技術(shù)，探究了高速鐵路施工控制網(wǎng)中GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用方法。使用該測(cè)量技術(shù)能夠?qū)﹁F路施工控制網(wǎng)進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)鐵路施工過(guò)程中的良好應(yīng)用效果。

但是本文所述應(yīng)用方法還存在一些不足之處，例如在不定因素處理、預(yù)埋點(diǎn)設(shè)置等方面存在差距。今后應(yīng)完善計(jì)算方法，對(duì)預(yù)埋基座進(jìn)行加固處理，控制好測(cè)量點(diǎn)之間的距離，減少數(shù)據(jù)冗余，保障高速鐵路測(cè)量的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，為高速鐵路工程施工提供更為安全可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周東衛(wèi).蘭新高速鐵路精密工程測(cè)量技術(shù)體系及特點(diǎn)[J].高

速鐵路技術(shù)，2018，9（1）：70-75.

[2] 武瑞宏.鐵路高程控制網(wǎng)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究[J].鐵道

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2022，66（1）：1-6..

[3] 李超，陳庚榮，左才為.物聯(lián)網(wǎng)在高速鐵路智能客站中的應(yīng)

用研究[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2021，43（10）：48-54+89.

[4] 姜海君，金武，蘇國(guó)明，等.關(guān)于高速鐵路簡(jiǎn)支箱梁預(yù)制遮

板的研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2021，65（11）：54-60.

[5] 熱汗古麗·買買提.道路工程測(cè)量中數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用：評(píng)

《三維測(cè)繪新技術(shù)》[J].工業(yè)建筑，2021，51（3）：205.

[6] 錢建國(guó)，樊意廣.基于改進(jìn)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的GPS高程擬合

研究[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2022，42（3）：253-257.

[7] 郭仕偉，施闖，魏娜，等.海潮負(fù)荷地心運(yùn)動(dòng)對(duì)GPS坐標(biāo)

時(shí)間序列周期信號(hào)的影響分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，

2022，42（8）：790-795.