GPS平面控制網(wǎng)在高鐵施工中的應(yīng)用

GPS平面控制網(wǎng)在高鐵施工中的應(yīng)用摘要:以往鐵路建設(shè)中應(yīng)用的測(cè)量儀器已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化高鐵建設(shè)的測(cè)量精度和施工率，而GPS平面控制網(wǎng)的出現(xiàn)，應(yīng)用于高鐵施工中進(jìn)行控制測(cè)量，提升施工作業(yè)的效率和準(zhǔn)確性。以具體的高鐵施工為研究點(diǎn)，從平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)、GPS平面控制網(wǎng)觀測(cè)、GPS平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)采用方法和精度、實(shí)施平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)、GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和檢核等方面分析了GPS平面控制網(wǎng)在施工控制測(cè)量中的運(yùn)用。關(guān)鍵詞:高鐵施工;GPS平面控制網(wǎng);控制測(cè)量引言為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境雙重發(fā)展需求，提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在新常態(tài)建設(shè)中，高鐵的建設(shè)和使用占據(jù)重要的地位。高鐵也就是高速運(yùn)行的鐵路，通常時(shí)速會(huì)超過250km/h。高鐵建設(shè)具有工期短、精度高、任務(wù)重等特點(diǎn)，需要適應(yīng)自然環(huán)境。為了提升高鐵運(yùn)行的安全性和舒適性，在施工階段要加強(qiáng)控制測(cè)量[1]。以往鐵路建設(shè)中應(yīng)用的測(cè)量儀器已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化高鐵建設(shè)的測(cè)量精度和施工效率，而GPS平面控制網(wǎng)的出現(xiàn)，應(yīng)用于高鐵施工中進(jìn)行控制測(cè)量，提升了施工作業(yè)的效率和準(zhǔn)確性。1GPS平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)1.1GPS平面控制網(wǎng)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)通常應(yīng)用GPS接收機(jī)直接對(duì)高鐵施工控制測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)為坐標(biāo)系形式，目前我國應(yīng)用的和高鐵施工工程相關(guān)的坐標(biāo)系為2000國家大地坐標(biāo)系，在進(jìn)行GPS平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的過程中，需要明確控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，了解原始數(shù)據(jù)屬于哪個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的哪個(gè)坐標(biāo)，進(jìn)而明確控制網(wǎng)基準(zhǔn)，完成基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。1.2GPS平面控制網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)對(duì)于GPS平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)而言，圖形設(shè)計(jì)至關(guān)重要，會(huì)直接決定高鐵施工控制測(cè)量的精度，根據(jù)GPS控制網(wǎng)的靈活布置、不需要控制點(diǎn)通視的特點(diǎn)，可以選擇多種控制網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)比如點(diǎn)連式，盡管工作效率較高，但是精度不夠，無法滿足高鐵施工的精度需求。再比如網(wǎng)連式，盡管精度較高，但是工作量較多，費(fèi)用消耗高，也不使用。因此，具體圖形設(shè)計(jì)方式需要結(jié)合具體高鐵施工情況進(jìn)行選擇[2]。2GPS平面控制網(wǎng)觀測(cè)2.1GPS接收機(jī)安置第一，針對(duì)普通控制點(diǎn)，需要將GPS接收機(jī)固定在專用測(cè)量基座上，再將其固定在三腳架上，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)和基座中心對(duì)齊，進(jìn)而將基座目鏡和控制點(diǎn)中心對(duì)齊，將基座上的圓水準(zhǔn)氣泡調(diào)平。第二，針對(duì)強(qiáng)制對(duì)中點(diǎn)位，GPS接收機(jī)安裝就較為簡單，在安裝之前需要將控制點(diǎn)周圍的雜物清理干凈，將其固定在專用基座上，在基座兩側(cè)用螺紋連接桿和強(qiáng)制對(duì)中點(diǎn)位鏈接起來，并通過圓水準(zhǔn)氣泡整平基座。第三，考慮到天線相位中心容易存在誤差，可以將接收機(jī)的定向裝置指向北部，并考慮當(dāng)?shù)厥欠翊嬖诖艌?chǎng)，保證接收機(jī)指向準(zhǔn)確無誤，控制在3°～5°范圍內(nèi)。第四，當(dāng)遇到不良天氣時(shí)，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)固定接收機(jī)安裝基座，避免大風(fēng)天氣破壞接收機(jī)。同時(shí)做好接地保護(hù)措施，避免雷電擊壞天線。第五，針對(duì)精度要求較高的情況，在利用GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)的過程中，需要明確氣象元素，獲取觀察前、中、后期的氣溫、氣壓值。第六，在完成觀測(cè)前準(zhǔn)備工作之后，明確測(cè)量定位點(diǎn)，啟動(dòng)儀器開始觀測(cè)。2.2開機(jī)檢測(cè)針對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)的觀察主要利用GPS接收機(jī)衛(wèi)星和電磁波信號(hào)，處理獲取的數(shù)據(jù)之后獲得三維坐標(biāo)信息以及其他數(shù)據(jù)信息。在實(shí)際觀測(cè)過程中，注意事項(xiàng)如下:第一，待接收機(jī)和主機(jī)之間通訊設(shè)備連接好之后才能打開接收機(jī)工作。第二，打開接收機(jī)的控制界面，觀察衛(wèi)星燈、電池信號(hào)燈、觀測(cè)指示燈等是否正常，然后可以在接收機(jī)內(nèi)輸入待觀測(cè)點(diǎn)號(hào)、儀器高度等信息[3]。第三，接收機(jī)正式開展觀測(cè)工作之后，工作人員需要定期檢查儀器是否正常工作，如有異常要及時(shí)上報(bào)，對(duì)測(cè)量方案進(jìn)行調(diào)整。第四，在完成觀測(cè)之后檢查儀器的指標(biāo)是否正常，記錄數(shù)據(jù)是否存在問題等。第五，在觀測(cè)過程中應(yīng)該禁止接收機(jī)周圍10m范圍內(nèi)應(yīng)用手機(jī)和對(duì)講機(jī)。第六，在完成每次觀測(cè)之后，需要及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)中，保證數(shù)據(jù)的安全性。3GPS平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)采用方法和精度在對(duì)高鐵施工控制測(cè)量應(yīng)用GPS平面控制網(wǎng)時(shí)，在復(fù)測(cè)的過程中需要利用和建網(wǎng)時(shí)相同的方式，這時(shí)CPⅠ和CPⅡ控制網(wǎng)都需要利用GPS測(cè)量，前者用GPS二等精度指標(biāo)要求，后者用GPS三等精度指標(biāo)要求。表4實(shí)施平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)4.1GPS測(cè)量工作基本技術(shù)要求根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)高鐵CPⅠ和CPⅡ控制網(wǎng)施工復(fù)測(cè)作業(yè)測(cè)量根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。4.2GPS控制網(wǎng)復(fù)測(cè)使用儀器根據(jù)《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》的要求，在GPS平面控制網(wǎng)進(jìn)行控制復(fù)測(cè)的過程中，利用GS15雙頻GPS接收機(jī)，將儀器標(biāo)準(zhǔn)精度設(shè)置在5mm以內(nèi)，在高鐵施工控制測(cè)量中應(yīng)用的各種測(cè)量儀器要經(jīng)過國家地震局研究檢測(cè)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)合格后，在鑒定有效期內(nèi)才可以應(yīng)用。5GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理和檢核5.1GPS網(wǎng)平差當(dāng)重復(fù)極限較差和環(huán)閉合差符合限差標(biāo)準(zhǔn)之后，可以對(duì)GPS平面控制網(wǎng)實(shí)施三維無約束差計(jì)算，這種計(jì)算不需要引進(jìn)知識(shí)的數(shù)據(jù)，而是對(duì)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。通常三維無約束平差需要選擇一個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)系作為控制點(diǎn)，處理數(shù)據(jù)之后獲取平差結(jié)果，檢查弱點(diǎn)或弱邊坐標(biāo)和精度，平面方位角中誤差以及邊長符合精度后，可以對(duì)三維基線現(xiàn)象殘差改正數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)各項(xiàng)精度滿足標(biāo)準(zhǔn)之后，再實(shí)施二維約束平差，明確目標(biāo)成功坐標(biāo)系，選擇的已知點(diǎn)應(yīng)分布在控制網(wǎng)區(qū)域中，避免產(chǎn)生誤差，采用的約束方式較多，比如坐標(biāo)法、距離法或坐標(biāo)方位角法等。在完成二維約束平差之后獲取的結(jié)果報(bào)告中，最弱點(diǎn)平面坐標(biāo)(x，y)和精度，應(yīng)該是目標(biāo)坐標(biāo)系下的成果。5.2GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和檢核在高鐵施工項(xiàng)目中進(jìn)行控制測(cè)量，應(yīng)用GPS平面控制網(wǎng)時(shí)，處理的數(shù)據(jù)包含基線向量解算以及網(wǎng)平差兩個(gè)方面，前者主要是應(yīng)用GPSLG0701解算軟件，后者主要是利用數(shù)據(jù)處理軟件。對(duì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理和分析，檢查其是否滿足相關(guān)規(guī)范要求和技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。每日要對(duì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和基線解算，并及時(shí)計(jì)算檢核閉合環(huán)以及重復(fù)基線。需要注意的是，在處理基線時(shí)應(yīng)根據(jù)以下要求進(jìn)行:①解算基線時(shí)應(yīng)對(duì)廣播星歷進(jìn)行統(tǒng)一，衛(wèi)星高度角設(shè)置為15°;②在同一時(shí)間段進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，應(yīng)保證數(shù)據(jù)剔除率低于10%，超過就需要重測(cè);③在任意時(shí)間段進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)，CPⅠ復(fù)測(cè)網(wǎng)應(yīng)超過90min，CPⅡ復(fù)測(cè)網(wǎng)應(yīng)超過60min，假如沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)，該時(shí)間段檢測(cè)就會(huì)被作廢;④當(dāng)基線向量符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)之后，應(yīng)根據(jù)最小比和原則實(shí)現(xiàn)閉合環(huán)搜索，并計(jì)算檢驗(yàn)閉合環(huán)的差。在重復(fù)觀測(cè)之后，基線差應(yīng)該滿足。假如對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后差無法滿足規(guī)范要求，就需要對(duì)處理結(jié)果的過程進(jìn)行復(fù)查和分析，明確原因，并補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)。另外，在數(shù)據(jù)處理的過程中，需要利用專用軟件計(jì)算網(wǎng)平差，先計(jì)算三維無約束平差，對(duì)GPS平面控制網(wǎng)精度情況進(jìn)行檢測(cè)，并檢測(cè)三維向量是否合格。針對(duì)二維約束平差根據(jù)坐標(biāo)系分段進(jìn)行，應(yīng)用本段或相鄰段CPI點(diǎn)的二維坐標(biāo)為約束點(diǎn)進(jìn)行，檢查弱點(diǎn)和弱邊精度是否合格。6.結(jié)束語在高鐵施工控制測(cè)量中將GPS平面控制網(wǎng)運(yùn)用其中，能夠幫助施工人員準(zhǔn)確的測(cè)量，還能節(jié)省施工時(shí)間，推動(dòng)施工進(jìn)度，保證施工順利開展。需要注意的是，在利用GPS控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)及流程進(jìn)行，準(zhǔn)確記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，認(rèn)真做好數(shù)據(jù)保存和處理工作。由于GPS平面控制網(wǎng)是一項(xiàng)新興技術(shù)，在觀測(cè)測(cè)量的過程中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)人員的管理，這樣才能將GPS平面控制網(wǎng)價(jià)值發(fā)揮出來，保證高鐵施工質(zhì)量。參考文獻(xiàn)［1］駱少華，劉揚(yáng)．GPS在高速鐵路精密測(cè)量中的應(yīng)用[J]．測(cè)繪通報(bào)，2020(S1):104－106．［2］魏洪亮．高鐵