摘要 從目前的GPS系統(tǒng)發(fā)展情況來(lái)看，因?yàn)槠渌俣瓤臁⒕_度高等特點(diǎn)，使得其在工程測(cè)量、海洋測(cè)繪、航空攝影測(cè)量等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)隧道工程測(cè)量中的GPS的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞 GPS；隧道；測(cè)量
目前，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)正在發(fā)展與全面的建成，也給測(cè)繪與導(dǎo)航帶來(lái)了一場(chǎng)新的技術(shù)性革命。GPS大量用于測(cè)繪、氣象、水利、軍事等多個(gè)方面，而在城市控制網(wǎng)的建立，改造以及大地的測(cè)量中已有較為廣泛的運(yùn)用。隨著觀測(cè)、數(shù)據(jù)的處理正日益完善，在隧道的測(cè)量控制當(dāng)中，GPS已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。
1 GPS的工作原理及測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)
將GPS測(cè)量技術(shù)與常規(guī)測(cè)量技術(shù)相比：①使用GPS的觀測(cè)精度在一般的情況之下，相比常規(guī)測(cè)量都明顯偏高；②使用GPS進(jìn)行測(cè)量，不再需要進(jìn)行測(cè)站間的相互通視，可以根據(jù)事情的具體情況來(lái)確定點(diǎn)位，從而讓測(cè)量工作更加的方便、靈活；③隨著GPS技術(shù)不斷的進(jìn)步、不斷的完善，在使用GPS進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，對(duì)于靜態(tài)相對(duì)定位，每一站僅僅需要30min左右的時(shí)間就足夠，而動(dòng)態(tài)的相對(duì)定位則只需要幾秒鐘就能夠完成；④隨著科技的發(fā)展，GPS接收機(jī)已經(jīng)擁有越來(lái)越高的智能化，對(duì)于從事觀測(cè)的技術(shù)人員，只需要簡(jiǎn)易的操作，GPS接收機(jī)就能夠自行的進(jìn)行隧道的觀測(cè)與結(jié)果記錄；⑤GPS測(cè)量不受任何時(shí)間、地點(diǎn)、天氣的約束，能夠隨時(shí)的進(jìn)行觀測(cè)；⑥GPS測(cè)量能夠?qū)y(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)精確的測(cè)定出來(lái)，精度已經(jīng)能夠滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。
2 GPS測(cè)量應(yīng)用實(shí)例
2.1 工程概況
隧道工程的山上樹木較多、地形相對(duì)復(fù)雜、無(wú)論是通視還是行走都不方便。為了此工程的前期設(shè)計(jì)以及后期的施工方便，首先需要建立出首級(jí)的控制網(wǎng)。在前期的設(shè)計(jì)當(dāng)中，考慮到通視、行走、工期等各方面的原因影響著施工進(jìn)度，另外，為了提高施工的測(cè)量精度，此工程決定采用GPS測(cè)量技術(shù)。
2.2 GPS測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)及實(shí)施
對(duì)于GPS控制點(diǎn)的布設(shè)原則如下。
1）為了讓GPS的控制點(diǎn)的坐標(biāo)與隧道的設(shè)計(jì)坐標(biāo)能夠統(tǒng)一，方便在施工期間計(jì)算放樣的數(shù)據(jù)，在曲線隧道的每一個(gè)切線之上或者是在直線隧道的中心線之上，都應(yīng)該布置兩個(gè)用于測(cè)量的GPS控制點(diǎn)。
2）在每一個(gè)隧道的進(jìn)洞口都應(yīng)該布置上至少兩個(gè)能夠相互進(jìn)行通視的控制點(diǎn)，如果出于對(duì)安全的考慮，則最好設(shè)置三個(gè)點(diǎn)，而各個(gè)洞的控制點(diǎn)則不要求能夠進(jìn)行通視。
3）為了減弱或者是消除因?yàn)榇咕�偏差而對(duì)測(cè)設(shè)方向所帶來(lái)的影響，在每一個(gè)進(jìn)洞口最好是在同一高程面之上設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)，在條件允許的情況下，各個(gè)洞口的控制點(diǎn)之間應(yīng)盡量縮小其高差。
4）對(duì)于GPS控制點(diǎn)的布置，需要滿足對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)良好的接受要求。
對(duì)于GPS控制點(diǎn)布設(shè)方案如下：
西安至南陽(yáng)線路長(zhǎng)度450 km，線路通過(guò)秦嶺山脈東段和豫西山區(qū)。GPS定位測(cè)量是為初測(cè)導(dǎo)線提供起閉點(diǎn)。GPS網(wǎng)由13個(gè)大地四邊形和2個(gè)三角形組成。待定點(diǎn)（GPS控制點(diǎn)）24點(diǎn)為12個(gè)點(diǎn)對(duì)，相鄰點(diǎn)對(duì)間平均距離18 km。聯(lián)測(cè)了六個(gè)國(guó)家控制點(diǎn)，選用其中五個(gè)點(diǎn)作已知點(diǎn)參與平差。
2.3 GPS觀測(cè)時(shí)需要注意的事項(xiàng)
1）在使用GPS觀測(cè)前，需要參考衛(wèi)星的可見(jiàn)性預(yù)報(bào)，選擇最佳的時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。
2）天線高在觀測(cè)時(shí)段結(jié)束的前后，需要從三個(gè)方向分別進(jìn)行六次的量取，其誤差需要不大于2 mm，然后在計(jì)算出其平均值。
3）衛(wèi)星高度截止角需要≥15°，其PDOP值要小于4，接受的衛(wèi)星數(shù)則要大于5。
4）在使用GPS進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候，盡量不要在天線的周圍使用移動(dòng)電話或者是對(duì)講機(jī)等通訊工具，從而避免信號(hào)干擾給觀測(cè)帶來(lái)的影響。
2.4 對(duì)于GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理以及控制網(wǎng)平差與成果評(píng)價(jià)
對(duì)于GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理上主要分成網(wǎng)平差以及基線解算這兩個(gè)階段，采用的是隨機(jī)軟件來(lái)進(jìn)行完成。經(jīng)過(guò)了質(zhì)量的檢核、經(jīng)基線的解算以及網(wǎng)平差之后，就可以得到GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，而對(duì)于各項(xiàng)指標(biāo)的精度也符合最初的設(shè)計(jì)要求。
控制網(wǎng)平差時(shí)，利用隨機(jī)軟件包。在對(duì)于其設(shè)置當(dāng)中，一般采用的是相近城建坐標(biāo)系添加1985高程基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行平差的處理。輸入起算點(diǎn)坐標(biāo)，選擇二維約束平差的方式。經(jīng)過(guò)平差處理，得出南隧道洞外GPS控制網(wǎng)平面坐標(biāo)成果。邊長(zhǎng)相對(duì)誤差最大為1/85746，最小為1/1260569：點(diǎn)位中誤差最大為±6 mm，最小為±2 mm，最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度±6 mm，平均點(diǎn)位精度±3.7 mm。平差后，最弱邊、最弱點(diǎn)的精度完全滿足《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2001中規(guī)定的各項(xiàng)限差，且點(diǎn)位精度比較均勻。
3 在本次工程實(shí)踐中應(yīng)用GPS測(cè)量體會(huì)
1）使用GPS進(jìn)行隧道測(cè)量需要具備一定的先決條件，對(duì)于傳統(tǒng)的全站儀以及水準(zhǔn)儀等不能夠做到完全的替代，應(yīng)當(dāng)在能夠確保衛(wèi)星接受信號(hào)良好的情況下，合理的選擇GPS技術(shù)，從而發(fā)揮出其特點(diǎn)。
2）在觀測(cè)的時(shí)候，GPS數(shù)據(jù)會(huì)受到多個(gè)方面因素的影響，為了提高其測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，則需要在初期建立出具有較高精度的首級(jí)控制網(wǎng)，而之后的傳統(tǒng)測(cè)量提供詳細(xì)、精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。
3）使用GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，現(xiàn)在都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化與自動(dòng)化，并且隨著所花費(fèi)的觀測(cè)時(shí)間的不斷減少，其作業(yè)強(qiáng)度也得到了降低。而GPS的觀測(cè)質(zhì)量主要是受到了衛(wèi)星信號(hào)以及衛(wèi)星的空間分布的影響。但是由于在選擇各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，會(huì)受到地形條件的影響，從而會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星觀測(cè)的質(zhì)量受到影響。所以，對(duì)于GPS的觀測(cè)選點(diǎn)，必須嚴(yán)格要求，選擇最佳的觀測(cè)時(shí)段。
4）采用隨機(jī)的軟件來(lái)對(duì)于GPS的數(shù)據(jù)處理與傳輸，只要求在確保已知數(shù)據(jù)的精度與數(shù)量以及衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量的情況下，就可以很簡(jiǎn)便的將符合精度要求的加密控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)求出來(lái)。但是考慮到起算點(diǎn)的點(diǎn)位精度對(duì)于其結(jié)果的質(zhì)量會(huì)有一定的影響，所以起算點(diǎn)的點(diǎn)位精度必須得到保障，并聯(lián)測(cè)足夠多的水準(zhǔn)高程點(diǎn)，才能真正的滿足測(cè)量中對(duì)于精度的要求的準(zhǔn)確性。檢測(cè)的具體方法為：①認(rèn)真的查閱、了解對(duì)于已知點(diǎn)的精度與等級(jí)等有關(guān)的資料；②通過(guò)高精度的測(cè)距儀器的使用來(lái)進(jìn)行距離測(cè)量以及對(duì)于已知點(diǎn)邊長(zhǎng)的計(jì)算對(duì)比。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文中通過(guò)實(shí)例對(duì)于GPS的使用以及該網(wǎng)精度的分析，我們能夠看出此隧道的設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、平差精度優(yōu)異，無(wú)論是邊長(zhǎng)觀測(cè)、同步環(huán)、異步環(huán)等方面都比規(guī)范中的對(duì)比更加優(yōu)異，也希望通過(guò)本文的分析，得到各位業(yè)界人士的借鑒與點(diǎn)評(píng)。
參考文獻(xiàn)
[1]花銅.GPS在控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2011,05.
[2]瞿靜庵,王景.GPS控制網(wǎng)在長(zhǎng)大隧道控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].甘肅科技縱橫,2010,02.
[3]陳秀穩(wěn).鐵路長(zhǎng)大隧道GPS洞外平面控制測(cè)量技術(shù)淺析[J].隧道建設(shè),2009,05.
[4]趙鐵懷.GPS技術(shù)在關(guān)角特長(zhǎng)隧道控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2009,12.
關(guān)鍵詞 GPS；隧道；測(cè)量
目前，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)正在發(fā)展與全面的建成，也給測(cè)繪與導(dǎo)航帶來(lái)了一場(chǎng)新的技術(shù)性革命。GPS大量用于測(cè)繪、氣象、水利、軍事等多個(gè)方面，而在城市控制網(wǎng)的建立，改造以及大地的測(cè)量中已有較為廣泛的運(yùn)用。隨著觀測(cè)、數(shù)據(jù)的處理正日益完善，在隧道的測(cè)量控制當(dāng)中，GPS已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。
1 GPS的工作原理及測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)
將GPS測(cè)量技術(shù)與常規(guī)測(cè)量技術(shù)相比：①使用GPS的觀測(cè)精度在一般的情況之下，相比常規(guī)測(cè)量都明顯偏高；②使用GPS進(jìn)行測(cè)量，不再需要進(jìn)行測(cè)站間的相互通視，可以根據(jù)事情的具體情況來(lái)確定點(diǎn)位，從而讓測(cè)量工作更加的方便、靈活；③隨著GPS技術(shù)不斷的進(jìn)步、不斷的完善，在使用GPS進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，對(duì)于靜態(tài)相對(duì)定位，每一站僅僅需要30min左右的時(shí)間就足夠，而動(dòng)態(tài)的相對(duì)定位則只需要幾秒鐘就能夠完成；④隨著科技的發(fā)展，GPS接收機(jī)已經(jīng)擁有越來(lái)越高的智能化，對(duì)于從事觀測(cè)的技術(shù)人員，只需要簡(jiǎn)易的操作，GPS接收機(jī)就能夠自行的進(jìn)行隧道的觀測(cè)與結(jié)果記錄；⑤GPS測(cè)量不受任何時(shí)間、地點(diǎn)、天氣的約束，能夠隨時(shí)的進(jìn)行觀測(cè)；⑥GPS測(cè)量能夠?qū)y(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)精確的測(cè)定出來(lái)，精度已經(jīng)能夠滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。
2 GPS測(cè)量應(yīng)用實(shí)例
2.1 工程概況
隧道工程的山上樹木較多、地形相對(duì)復(fù)雜、無(wú)論是通視還是行走都不方便。為了此工程的前期設(shè)計(jì)以及后期的施工方便，首先需要建立出首級(jí)的控制網(wǎng)。在前期的設(shè)計(jì)當(dāng)中，考慮到通視、行走、工期等各方面的原因影響著施工進(jìn)度，另外，為了提高施工的測(cè)量精度，此工程決定采用GPS測(cè)量技術(shù)。
2.2 GPS測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)及實(shí)施
對(duì)于GPS控制點(diǎn)的布設(shè)原則如下。
1）為了讓GPS的控制點(diǎn)的坐標(biāo)與隧道的設(shè)計(jì)坐標(biāo)能夠統(tǒng)一，方便在施工期間計(jì)算放樣的數(shù)據(jù)，在曲線隧道的每一個(gè)切線之上或者是在直線隧道的中心線之上，都應(yīng)該布置兩個(gè)用于測(cè)量的GPS控制點(diǎn)。
2）在每一個(gè)隧道的進(jìn)洞口都應(yīng)該布置上至少兩個(gè)能夠相互進(jìn)行通視的控制點(diǎn)，如果出于對(duì)安全的考慮，則最好設(shè)置三個(gè)點(diǎn)，而各個(gè)洞的控制點(diǎn)則不要求能夠進(jìn)行通視。
3）為了減弱或者是消除因?yàn)榇咕�偏差而對(duì)測(cè)設(shè)方向所帶來(lái)的影響，在每一個(gè)進(jìn)洞口最好是在同一高程面之上設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)，在條件允許的情況下，各個(gè)洞口的控制點(diǎn)之間應(yīng)盡量縮小其高差。
4）對(duì)于GPS控制點(diǎn)的布置，需要滿足對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)良好的接受要求。
對(duì)于GPS控制點(diǎn)布設(shè)方案如下：
西安至南陽(yáng)線路長(zhǎng)度450 km，線路通過(guò)秦嶺山脈東段和豫西山區(qū)。GPS定位測(cè)量是為初測(cè)導(dǎo)線提供起閉點(diǎn)。GPS網(wǎng)由13個(gè)大地四邊形和2個(gè)三角形組成。待定點(diǎn)（GPS控制點(diǎn)）24點(diǎn)為12個(gè)點(diǎn)對(duì)，相鄰點(diǎn)對(duì)間平均距離18 km。聯(lián)測(cè)了六個(gè)國(guó)家控制點(diǎn)，選用其中五個(gè)點(diǎn)作已知點(diǎn)參與平差。
2.3 GPS觀測(cè)時(shí)需要注意的事項(xiàng)
1）在使用GPS觀測(cè)前，需要參考衛(wèi)星的可見(jiàn)性預(yù)報(bào)，選擇最佳的時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。
2）天線高在觀測(cè)時(shí)段結(jié)束的前后，需要從三個(gè)方向分別進(jìn)行六次的量取，其誤差需要不大于2 mm，然后在計(jì)算出其平均值。
3）衛(wèi)星高度截止角需要≥15°，其PDOP值要小于4，接受的衛(wèi)星數(shù)則要大于5。
4）在使用GPS進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候，盡量不要在天線的周圍使用移動(dòng)電話或者是對(duì)講機(jī)等通訊工具，從而避免信號(hào)干擾給觀測(cè)帶來(lái)的影響。
2.4 對(duì)于GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理以及控制網(wǎng)平差與成果評(píng)價(jià)
對(duì)于GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理上主要分成網(wǎng)平差以及基線解算這兩個(gè)階段，采用的是隨機(jī)軟件來(lái)進(jìn)行完成。經(jīng)過(guò)了質(zhì)量的檢核、經(jīng)基線的解算以及網(wǎng)平差之后，就可以得到GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，而對(duì)于各項(xiàng)指標(biāo)的精度也符合最初的設(shè)計(jì)要求。
控制網(wǎng)平差時(shí)，利用隨機(jī)軟件包。在對(duì)于其設(shè)置當(dāng)中，一般采用的是相近城建坐標(biāo)系添加1985高程基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行平差的處理。輸入起算點(diǎn)坐標(biāo)，選擇二維約束平差的方式。經(jīng)過(guò)平差處理，得出南隧道洞外GPS控制網(wǎng)平面坐標(biāo)成果。邊長(zhǎng)相對(duì)誤差最大為1/85746，最小為1/1260569：點(diǎn)位中誤差最大為±6 mm，最小為±2 mm，最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度±6 mm，平均點(diǎn)位精度±3.7 mm。平差后，最弱邊、最弱點(diǎn)的精度完全滿足《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2001中規(guī)定的各項(xiàng)限差，且點(diǎn)位精度比較均勻。
3 在本次工程實(shí)踐中應(yīng)用GPS測(cè)量體會(huì)
1）使用GPS進(jìn)行隧道測(cè)量需要具備一定的先決條件，對(duì)于傳統(tǒng)的全站儀以及水準(zhǔn)儀等不能夠做到完全的替代，應(yīng)當(dāng)在能夠確保衛(wèi)星接受信號(hào)良好的情況下，合理的選擇GPS技術(shù)，從而發(fā)揮出其特點(diǎn)。
2）在觀測(cè)的時(shí)候，GPS數(shù)據(jù)會(huì)受到多個(gè)方面因素的影響，為了提高其測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，則需要在初期建立出具有較高精度的首級(jí)控制網(wǎng)，而之后的傳統(tǒng)測(cè)量提供詳細(xì)、精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。
3）使用GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，現(xiàn)在都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化與自動(dòng)化，并且隨著所花費(fèi)的觀測(cè)時(shí)間的不斷減少，其作業(yè)強(qiáng)度也得到了降低。而GPS的觀測(cè)質(zhì)量主要是受到了衛(wèi)星信號(hào)以及衛(wèi)星的空間分布的影響。但是由于在選擇各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，會(huì)受到地形條件的影響，從而會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星觀測(cè)的質(zhì)量受到影響。所以，對(duì)于GPS的觀測(cè)選點(diǎn)，必須嚴(yán)格要求，選擇最佳的觀測(cè)時(shí)段。
4）采用隨機(jī)的軟件來(lái)對(duì)于GPS的數(shù)據(jù)處理與傳輸，只要求在確保已知數(shù)據(jù)的精度與數(shù)量以及衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量的情況下，就可以很簡(jiǎn)便的將符合精度要求的加密控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)求出來(lái)。但是考慮到起算點(diǎn)的點(diǎn)位精度對(duì)于其結(jié)果的質(zhì)量會(huì)有一定的影響，所以起算點(diǎn)的點(diǎn)位精度必須得到保障，并聯(lián)測(cè)足夠多的水準(zhǔn)高程點(diǎn)，才能真正的滿足測(cè)量中對(duì)于精度的要求的準(zhǔn)確性。檢測(cè)的具體方法為：①認(rèn)真的查閱、了解對(duì)于已知點(diǎn)的精度與等級(jí)等有關(guān)的資料；②通過(guò)高精度的測(cè)距儀器的使用來(lái)進(jìn)行距離測(cè)量以及對(duì)于已知點(diǎn)邊長(zhǎng)的計(jì)算對(duì)比。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文中通過(guò)實(shí)例對(duì)于GPS的使用以及該網(wǎng)精度的分析，我們能夠看出此隧道的設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、平差精度優(yōu)異，無(wú)論是邊長(zhǎng)觀測(cè)、同步環(huán)、異步環(huán)等方面都比規(guī)范中的對(duì)比更加優(yōu)異，也希望通過(guò)本文的分析，得到各位業(yè)界人士的借鑒與點(diǎn)評(píng)。
參考文獻(xiàn)
[1]花銅.GPS在控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2011,05.
[2]瞿靜庵,王景.GPS控制網(wǎng)在長(zhǎng)大隧道控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].甘肅科技縱橫,2010,02.
[3]陳秀穩(wěn).鐵路長(zhǎng)大隧道GPS洞外平面控制測(cè)量技術(shù)淺析[J].隧道建設(shè),2009,05.
[4]趙鐵懷.GPS技術(shù)在關(guān)角特長(zhǎng)隧道控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2009,12.
