GPS平面控制网在高铁施工中的应用

GPS平面控制网在高铁施工中的应用

李子雍

广州市番禺城市规划设计院 广东 广州 510000

摘要:以往铁路建设中应用的测量仪器已经无法满足现代化高铁建设的测量精度和施工率，而GPS平面控制网的出现，应用于高铁施工中进行控制测量，提升施工作业的效率和准确性。以具体的高铁施工为研究点，从平面控制网设计、GPS平面控制网观测、GPS平面控制网复测采用方法和精度、实施平面控制网复测、GPS控制网数据处理和检核等方面分析了GPS平面控制网在施工控制测量中的运用。

关键词:高铁施工; GPS平面控制网; 控制测量

引言

为了满足社会经济和生态环境双重发展需求，提升经济发展水平，在新常态建设中，高铁的建设和使用占据重要的地位。高铁也就是高速运行的铁路，通常时速会超过250 km/h。高铁建设具有工期短、精度高、任务重等特点，需要适应自然环境。为了提升高铁运行的安全性和舒适性，在施工阶段要加强控制测量^[1]。以往铁路建设中应用的测量仪器已经无法满足现代化高铁建设的测量精度和施工效率，而GPS平面控制网的出现，应用于高铁施工中进行控制测量，提升了施工作业的效率和准确性。

1 GPS平面控制网设计

1.1 GPS平面控制网基准设计

通常应用GPS接收机直接对高铁施工控制测量获取的数据为坐标系形式，目前我国应用的和高铁施工工程相关的坐标系为2000国家大地坐标系，在进行GPS平面控制网设计的过程中，需要明确控制网的坐标系统，了解原始数据属于哪个坐标系统的哪个坐标，进而明确控制网基准，完成基准设计。

1.2 GPS平面控制网图形设计

对于GPS平面控制网设计而言，图形设计至关重要，会直接决定高铁施工控制测量的精度，根据GPS控制网的灵活布置、不需要控制点通视的特点，可以选择多种控制网图形设计比如点连式，尽管工作效率较高，但是精度不够，无法满足高铁施工的精度需求。再比如网连式，尽管精度较高，但是工作量较多，费用消耗高，也不使用。因此，具体图形设计方式需要结合具体高铁施工情况进行选择^[2]。

2 GPS平面控制网观测

2.1 GPS接收机安置

第一，针对普通控制点，需要将GPS接收机固定在专用测量基座上，再将其固定在三脚架上，实现接收机和基座中心对齐，进而将基座目镜和控制点中心对齐，将基座上的圆水准气泡调平。第二，针对强制对中点位，GPS接收机安装就较为简单，在安装之前需要将控制点周围的杂物清理干净，将其固定在专用基座上，在基座两侧用螺纹连接杆和强制对中点位链接起来，并通过圆水准气泡整平基座。第三，考虑到天线相位中心容易存在误差，可以

将接收机的定向装置指向北部，并考虑当地是否存在磁场，保证接收机指向准确无误，控制在3°～5°范围内。第四，当遇到不良天气时，还需要进一步加强固定接收机安装基座，避免大风天气破坏接收机。同时做好接地保护措施，避免雷电击坏天线。第五，针对精度要求较高的情况，在利用GPS 接收机进行观测的过程中，需要明确气象元素，获取观察前、中、后期的气温、气压值。第六，在完成观测前准备工作之后，明确测量定位点，启动仪器开始观测。

2.2 开机检测

针对测量控制点的观察主要利用GPS接收机卫星和电磁波信号，处理获取的数据之后获得三维坐标信息以及其他数据信息。在实际观测过程中，注意事项如下:第一，待接收机和主机之间通讯设备连接好之后才能打开接收机工作。第二，打开接收机的控制界面，观察卫星灯、电池信号灯、观测指示灯等是否正常，然后可以在接收机内输入待观测点号、仪器高度等信息^[3]。第三，接收机正式开展观测工作之后，工作人员需要定期检查仪器是否正常工作，如有异常要及时上报，对测量方案进行调整。第四，在完成观测之后检查仪器的指标是否正常，记录数据是否存在问题等。第五，在观测过程中应该禁止接收机周围10m范围内应用手机和对讲机。第六，在完成每次观测之后，需要及时将数据上传至计算机中，保证数据的安全性。

3 GPS平面控制网复测采用方法和精度

在对高铁施工控制测量应用GPS平面控制网时，在复测的过程中需要利用和建网时相同的方式，这时CPⅠ和CPⅡ控制网都需要利用GPS测量，前者用GPS二等精度指标要求，后者用GPS三等精度指标要求。

表4 实施平面控制网复测

4.1 GPS测量工作基本技术要求

根据相关规范要求，对高铁CPⅠ和CPⅡ控制网施工复测作业测量根据相关技术标准进行。

4.2 GPS控制网复测使用仪器

根据《高速铁路工程测量规范》的要求，在GPS平面控制网进行控制复测的过程中，利用GS15双频GPS接收机，将仪器标准精度设置在5 mm以内，在高铁施工控制测量中应用的各种测量仪器要经过国家地震局研究检测计量标准合格后，在鉴定有效期内才可以应用。

5 GPS控制网数据数据处理和检核

5.1 GPS网平差

当重复极限较差和环闭合差符合限差标准之后，可以对GPS平面控制网实施三维无约束差计算，这种计算不需要引进知识的数据，而是对精度进行评价。通常三维无约束平差需要选择一个点的空间坐标系作为控制点，处理数据之后获取平差结果，检查弱点或弱边坐标和精度，平面方位角中误差以及边长符合精度后，可以对三维基线现象残差改正数进行检验。当各项精度满足标准之后，再实施二维约束平差，明确目标成功坐标系，选择的已知点应分布在控制网区域中，避免产生误差，采用的约束方式较多，比如坐标法、距离法或坐标方位角法等。在完成二维约束平差之后获取的结果报告中，最弱点平面坐标(x，y)和精度，应该是目标坐标系下的成果。

5.2 GPS控制网数据处理和检核

在高铁施工项目中进行控制测量，应用GPS平面控制网时，处理的数据包含基线向量解算以及网平差两个方面，前者主要是应用GPS LG0701解算软件，后者主要是利用数据处理软件。对观测到的数据进行及时的处理和分析，检查其是否满足相关规范要求和技术设计标准。每日要对观测到的数据进行预处理和基线解算，并及时计算检核闭合环以及重复基线。需要注意的是，在处理基线时应根据以下要求进行:①解算基线时应对广播星历进行统一，卫星高度角设置为15°;②在同一时间段进行观测时，应保证数据剔除率低于10%，超过就需要重测; ③在任意时间段进行同步观测时，CPⅠ复测网应超过90 min，CPⅡ复测网应超过60 min，假如没有满足标准，该时间段检测就会被作废; ④当基线向量符合验收标准之后，应根据最小比和原则实现闭合环搜索，并计算检验闭合环的差。在重复观测之后，基线差应该满足 。假如对数据进行处理之后差无法满足规范要求，就需要对处理结果的过程进行复查和分析，明确原因，并补测数据。

另外，在数据处理的过程中，需要利用专用软件计算网平差，先计算三维无约束平差，对GPS平面控制网精度情况进行检测，并检测三维向量是否合格。针对二维约束平差根据坐标系分段进行，应用本段或相邻段CP I点的二维坐标为约束点进行，检查弱点和弱边精度是否合格。

6.结束语

在高铁施工控制测量中将GPS平面控制网运用其中，能够帮助施工人员准确的测量，还能节省施工时间，推动施工进度，保证施工顺利开展。需要注意的是，在利用GPS控制网时应该严格根据相关规定、标准及流程进行，准确记录各项数据，认真做好数据保存和处理工作。由于GPS平面控制网是一项新兴技术，在观测测量的过程中应该加强对人员的管理，这样才能将GPS平面控制网价值发挥出来，保证高铁施工质量。

参考文献

［1］骆少华，刘扬．GPS在高速铁路精密测量中的应用[J]．测绘通报，2020(S1):104－106．

［2］魏洪亮．高铁长大隧道洞内施工平面控制测量方法探讨[J]．辽宁省交通高等专科学校学报，2019，21(5):5－8．

［3］尧小强．GPS技术在高速铁路特大桥控制测量中的应用研究[D]．南昌:华东交通大学，2019．

［4］杨元林，崔同菊．深山峡谷中GPS平面控制网快速复测技术的研讨[J]．水电站设计，2019，35(2):35－38．