GPS技術用于特長隧道控制網(wǎng)建立的應用探討GPS技術用于特長隧道控制網(wǎng)建立的應用探討摘要：GPS(全球定位系統(tǒng))是信息產(chǎn)業(yè)技術時代的新興科技產(chǎn)物。它具備精度高、測量準確、速度快，效率高等實用性特點，并被廣泛應用在諸多產(chǎn)業(yè)化研究領域，如國防軍事、工程測繪，大地測量，隧道工程等。基于GPS測量法建立的施工測量控制網(wǎng)具有精度高、布網(wǎng)方便等優(yōu)點,總的來說，GPS系統(tǒng)應用在隧道測量作業(yè)中,它的優(yōu)勢發(fā)揮彰顯無遺。并且隨著國家各領域科研事業(yè)的技術成果的不斷完善，諸如一些高等級、高程長大隧道也就越多，用傳統(tǒng)常規(guī)的測量方法已經(jīng)很難滿足其測量需求了，而GPS自由的優(yōu)勢及測量特點的發(fā)揮，已經(jīng)使得它廣泛受用在公路、鐵路等交通事業(yè)領域中問。而像一些國家重點隧道工程顯然早已應用了GPS系統(tǒng)，如秦嶺隧道、軍都山隧道、云臺山隧道等工程中都運用了GPS系統(tǒng)中的強大測量技術，為國家與社會帶來了巨大社會效益與投資價值。由于隧道工程一般處在山區(qū)，山上樹木較多、地形相對復雜、無論是通視還是行走都不方便。隧道口的控制點至少兩點通視的要求很難實現(xiàn)，所以需要制定出解決控制點間通視的方案。關鍵詞：GPS全球定位系統(tǒng)特長隧道控制測量1GPS的組成部分及原理GPS是在子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機三大部分組成。1.1空間部分空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。21+3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。在地球上的任何地面位置、任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星。1.2地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分包括四個監(jiān)控站、一個上行注入站和一個主控站。監(jiān)控站設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進行數(shù)據(jù)初步處理的計算機。監(jiān)控站的主要任務是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站對地面監(jiān)控部實行全面控制，主要任務是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站的主要任務是在每顆衛(wèi)星運行至上空時把這類導航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。1.3地面用戶GPS信號接收設備GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號，可供無限多用戶共享，用戶只需要接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備（即GPS信號接收機），就可以全天候用GPS信號進行導航定位測量，GPS信號接收機能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算出運動（或靜態(tài)）載體的位置、速度、高度、運動方向、時間等三維參數(shù)。1.4GPS定位原理GPS定位是根據(jù)測量中的距離交會定點原理實現(xiàn)的。如圖l.1所示,在待測點Q設置GPS接收機。在某一時刻同時接收到3顆(或3顆以上)衛(wèi)星S1,S2,S3所發(fā)出的信號。通過數(shù)據(jù)處理和計算,可求得該時刻接收機天線中心(測站點)Q點的三維坐標。【7】圖1.1定位原理圖2GPS控制測量的優(yōu)點相對于常規(guī)測量來說．GPS測量主要有以下特點:一是測量精度高,在小于50km的基線上,其相對定位精度可達10-6m,在大于l000km的基線上可達10-8;二是測站間無需通視,GPS測量不需要測站間相互通視,可根據(jù)實際需要確定點位,使得選點工作更加靈活方便;三是觀測時間短,在進行GPS測量時,靜態(tài)相對定位每站僅需20min左右,動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘;四是儀器操作簡便,目前GPS接收機自動化程度越來越高,觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數(shù),接收機即可進行自動觀測和記錄;五是全天候作業(yè),GPS衛(wèi)星數(shù)目多,且分布均勻,可保證在任何時間、任何地點連續(xù)進行觀測,一般不受天氣狀況的影響;六是提供三維坐標,GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標,其高程精度已可滿足四等水準測量的要求。【7】3特長隧道控制點布設原則隧道工程的山上樹木較多、地形相對復雜、無論是通視還是行走都不方便。為了此工程的前期設計以及后期的施工方便．首先需要建立出首級的控制網(wǎng)。在前期的設計當中。考慮到通視、行走、工期等各方面的原因影響著施工進度，另外。為了提高施工的測量精度，特長隧道工程必定采用GPS測量技術。對于GPS控制點的布設原則如下。1)為了讓GPS的控制點的坐標與隧道的設計坐標能夠統(tǒng)一，方便在施工期間計算放樣的數(shù)據(jù)．在曲線隧道的每一個切線之上或者是在直線隧道的中心線之上．都應該布置兩個用于測量的GPS控制點。2)在每一個隧道的進洞口都應該布置上至少兩個能夠相互進行通視的控制點．如果出于對安全的考慮。則最好設置三個點，而各個洞的控制點則不要求能夠進行通視。3)為了減弱或者是消除因為垂線偏差而對測設方向所帶來的影響，在每一個進洞口最好是在同一高程面之上設置一個控制點，在條件允許的情況下．各個洞口的控制點之間應盡最縮小其高差。4)對于GPs控制點的布置．需要滿足對于衛(wèi)星信號良好的接受要求。【1】4GPS在特長隧道控制測量中的應用為保證隧道的準確貫通，本著先總體后碎步的原則，在隧道沿線建立一精密的控制網(wǎng)，覆蓋所有隧道，使之總體受控，以便根據(jù)它進行隧道的洞內(nèi)控制測量或中線測量。本項目是在每隧洞口布設三—四個GPS定位網(wǎng)點，由具有甲級測繪資質(zhì)的成都測繪院布設觀測，滿足隧道洞口控制要求。在洞外GPS定位網(wǎng)的基礎上，根據(jù)洞口施工情況于洞口設置1—2個洞口投點作為洞外、洞內(nèi)的聯(lián)系測量，洞口投點和洞外GPS網(wǎng)點組成小三角形或大地四邊形進行邊角測量，并達到一級邊角網(wǎng)的精度要求，以提高地下網(wǎng)精度，洞口投點作用是將洞外控制網(wǎng)與洞內(nèi)控制網(wǎng)連成一體，統(tǒng)一到同一個坐標系內(nèi)。根據(jù)隧道掘進進度向洞內(nèi)布設中線或導線網(wǎng)進行洞內(nèi)控制，保證隧道順利貫通，短小隧道適用于中線法控制，長大隧道適用導線網(wǎng)控制。【8】5控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理流程及坐標基準的建立5.1控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理流程隧道GPS控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)一般按圖5.1流程進行處理。5.1GPS測量數(shù)據(jù)處理與平差流程5.2坐標基準的建立線路勘測控制點精度一般不能滿足長大隧道橫向貫通精度的要求，為了提高長大隧道的貫通精度，必須在精度較低的線路控制網(wǎng)基礎上建立高精度隧道施工控制網(wǎng)。為保證隧道施工獨立坐標系放樣隧道線路中線與隧道進出口采用勘測設計坐標系放樣線路中線之間的銜接精度，通過采用“一點一方向”引入控制網(wǎng)起算數(shù)據(jù)的原則建立長大隧道獨立坐標系，由于線路控制點和隧道獨立控制網(wǎng)之間的精度差異形成的連接誤差主要體現(xiàn)在線路縱向，這樣可以避免受較低等級的線路定測控制網(wǎng)精度的影響。選擇起算基準時，應先對隧道洞外線路勘測設計控制點進行全面復測，確認所選控制點精度滿足線路控制精度，并且穩(wěn)固可靠。在隧道進出口各選一個線路控制點，以其中一個作為固定點，該點與另一點之間的坐標方位角為固定方向進行約束平差，投影面根據(jù)測區(qū)投影變形宜選擇抵償高程面。【8】6文獻對我的幫助我的論文題目是GPS技術用于特長隧道控制網(wǎng)建立的應用探討，預備論點是用于隧道口投點的GPS控制點間不通視的解決方案探討。通過對下載文獻的瀏覽，我的論文會以GPS的組成及原理的簡單介紹開始論述。接下來，通過與傳統(tǒng)控制測量相比較，闡明GPS控制測量的優(yōu)點。然后，再根據(jù)特長隧道工程的特點，探討一下特長隧道工程控制點的布設原則。再下來，就是接合某個特長隧道工程實例，說明GPS測量技術在特長隧道工程中的應用過程。再接下來就是論述GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理流程及坐標基準的建立。最后，就是論述我的論點——用于隧道口投點的GPS控制點間不通視的解決方案探討。由于隧道工程一般處在山區(qū)，山上樹木較多、地形相對復雜、無論是通視還是行走都不方便。隧道口的控制點至少兩點通視的要求很難實現(xiàn)，所以需要制定出解決控制點間通視的方案，進而引出我的論文論點。我的參考文獻都是與我論文相關的論文或科技報告，為我論文的完成奠定了數(shù)據(jù)基礎，并將發(fā)揮了指導作用。參考文獻【1】汪洋兵，劉磊，段文貴GPS系統(tǒng)在隧道測量中的應用探討湖北省地球物理勘察技術研究院【2】楊國興GPS應用于布測長大隧道控制網(wǎng)的研究長江三峽技術經(jīng)濟發(fā)展有限公司向家壩監(jiān)理部【3】段杰大地四邊形在隧道洞口投點控制測量中的應用上海嘉金高速公路發(fā)展有限公司【4】郭志強基于GPS的秦嶺特長隧道控制測量技術研究中鐵十八局襄渝二線工程指揮部【5】鐘發(fā)牯彭武隧道施工控制測量方案設計江西省第一測繪院【6】吳鈞全球定位系統(tǒng)(GPS)在公路特長隧道控制測量中的應用廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院【7】王增學如何提高GPS在工程測量應用中的精度深圳市工勘巖土工程有限公司【8】隧道施工控制測量方案中交第一公路工程局有限公司【9】李峰特長隧道高精度GPS施工控制網(wǎng)建立方法山西省工程測繪院【10】王守彬，李林，王新洲雪峰山特長隧道平面控制測量基準的建立中交第二公路勘察設計研究院【11】韓有文應用GPS技術的某特長隧道平面控制測量方法研究青海省第二測繪院【12】肖建洋GPS技術在隧道測量中的應用研究廣州軌道交通建設監(jiān)理有限公司【13】趙鐵懷GPS技術在關角特長隧道控制測量中的應用中鐵一院集團甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司【14】李貴兵隧道工程施工中GPS測量技術的應用探討貴州省有色地質(zhì)勘查局二總隊【15】趙佳楠，譙生有石林特長隧道洞外GPS施工控制網(wǎng)建立探討中鐵一局集團第五工程有限公司【16】ChrisRizosPreciseGPSPositioningProspectsandChallengesSchoolofGeomaticEngineeringTheUniversityofNewSouthWalesSydneyNSW2052,AUSTRALIA【17】SameetMangesh