GPS测量技术方案.doc

大西铁路客运专线站前Ⅴ标段隧道群GPS测量技术方案
1．任务来源
中铁十五局集团公司大西铁路客运专线指挥部第三项目部委托具有甲级测绘资格的测量单位中铁一局五公司精测队对大西铁路客运专线站前Ⅴ标段杨家原隧道（330m）、摩天岭隧道（550m）、赵家山隧道（890m）经行GPS加密测量，青阡洼隧道（2115m）进行GPS控制测量。
为了保证GPS测量作业质量，按要求完成作业任务，严格按照GPS测量遵循的技术依据作业，及时上报GPS测量成果，保证测量成果的正确可靠性，特制定本GPS测量技术方案。
2．测量范围及内容
测量范围：大西铁路客运专线站前Ⅴ标段，杨家原隧道（330m）、摩天岭隧道（550m）、赵家山隧道（890m）、青阡洼隧道（2115m）。
测量内容：GPS平面控制测量
3．测区概况
测区位于山西省灵石县境内，地势东高西低，山地、丘陵、平川呈阶梯状分布，以山地、丘陵为主。隧道洞身经过地带地形起伏较大，上部多被黄土覆盖，基岩露头零星。工点范围内山势较缓，基岩露头较少，沟壑纵横，地形较复杂。交通不利，控制点间通视条件一般。
大西铁路客运专线站前Ⅴ标段精测网布设由设计单位按分级布网的原则分基础控制网CPⅠ和线路控制网CPⅡ布设，精度分别为二等和三等GPS网，本次测量范围内有6个 CPⅠ控制点。青阡洼隧道GPS测量等级为二等，杨家原隧道、摩天岭隧道、赵家山隧道GPS测量等级均为三等。
4．测量技术依据及设计资料
4.1测量技术依据
《铁路工程测量规范》（TB 10101-2009）；
《高速铁路工程测量规范》（TB 10601-2009）；
《全球定位系统GPS测量规范》（GB/T 18314-2009）；
《工程测量规范》（GB 50026-2007）。
4.2设计成果资料
《大西客运专线原平—运城段精密控制测量成果表》
5．工作流程
编写GPS测量方案
制订GPS测量实施方案
组织人员进场及仪器设备调度
制订严格的工作计划
GPS外业测量
内业处理
编写GPS测量成果书
由于复测工期短，测量任务大，因此必须制定严格的作业计划，分配好时间，具体工作流程如下：

6．测量工作的组织计划
6.1 测绘单位资质与简介
中铁一局五公司精密测量队于2004年取得国家甲级测绘资质（证书编号：甲测资字61001020）。测绘范围包括：控制测量、地形测量、市政工程测量、线路管道测量、变形观测与形变测量、精密工程测量、隧道测量、建筑工程测量、桥梁测量等。
近年来主要完成的客运专线的复测项目有：郑西铁路客运专线六标段精测网复测(50km)，武广铁路客运专线二标段精测网复测(80km)，哈大铁路客运专线一标段精测网复测（350km），哈大铁路客运专线三标段精测网复测（380km），秦沈铁路客运专线复测（50km），太中银铁路时速200～250公里有碴轨道精测网复测(200km)，京沪高速铁路JHTJ-2标段精测网复测（160km），京沪高速铁路JHTJ-6标段精测网复测（160km），武合客运专线精测网复测（40km），京石铁路客运专线JSTJ-2标段精测网复测（91km），贵广铁路GGTJ-13标段精测网复测（39km），向莆铁路XPFJ-5标段精测网复测（36km），厦深铁路（潮州至深圳段）精测网复测（31km），武广铁路客运专线浏阳河隧道(10km)，郑西铁路客运专线秦东隧道（8km），南广铁路NGZQ-6标段的复测（49km），沪杭客运专线HHZQ-7标段的复测（20km）,西宝客运专线XBZQ-1标段（61km）等，所干工程均满足测量规范要求，受到业主、监理单位的一致好评。
6.2 设备、人员的组织
拟投入的设备如下：
序号
设备名称
仪器型号
仪器精度
数量(台)
备注
1
GPS接收机
天宝R8
5mm+1ppm
6
已检定
2
笔记本电脑
Lenovo、Dell

2
数据处理
3
交通车

1
交通运输

复测共投入技术人员6人，其中工程师2人，助理工程师2人，技术员2人。主要测量人员测绘作业证和测绘资格证书复印件附后。
7．GPS测量网精度等级要求
根据《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009要求，本次控制网测量按GPS三等网精度施测，精测网的测量精度按GPS二等最弱边相对中误差小于1/180000，洞口联系边方向中误差不大于1.3″，三等最弱边相对中误差小于1/100000，洞口联系边方向中误差不大于1.7″的要求进行。
8．坐标系统
本次测量的坐标系统应与设计相同，既：平面坐标系统采用国家2000大地坐标系，形式为任意带高斯投影平面直角坐标系，坐标中央子午线经度111°48′00″投影面大地高1057m（高程异常：0m），基本椭球参数为：长半轴a=6378137m，扁率f=1/298.257222101，
9．GPS测量网的测量技术标准和规范要求
级别
项目
二等
三等
静
态
测
量
卫星高度角(°)
≥15
≥15
有效卫星总数
≥4
≥4
时段中任一卫星有效观测时间(min)
≥20
≥20
时段长度(min)
≥90
≥60
观测时段数
≥2
1～2
数据采样间隔(S)
15～60
15～60
接收机类型
双频
双频
PDOP或GDOP
≤6
≤8
天线的对中采用精密对点器，对点精度小于1mm，每时段观测前后分别量取天线高，误差不大于2mm，取两次平均值作为最终结果。
GPS测量的精度指标
控制网级别
洞口联系边方向中误差
最弱边相对中误差
GPS二等网
≤1.3″
1/180000
GPS三等网
≤1.7″
1/100000
GPS接收机的精度指标
级别
二等
三等
a（mm）
≤5
≤5
b（mm/km）
≤1
≤1
a—接收机固定误差（mm）；b—接收机比例误差系数。
10．GPS测量网的实施计划和方法
10.1 GPS测量网的布设
GPS测量网的布设首先考虑了控制隧道线路平面和洞口位置的需要，同时考虑GPS观测对控制点的要求。洞口网由三角形、大地四边形等强度较高的网形构成，洞口网内相互通视的边采用GPS直接观测基线；隧道进出口由图形强度较高的三角形或大地四边形构成。网形设计好后按设计的测量精度估算了洞外控制测量误差对横向贯通误差的影响，对控制网的质量进行了详细的前期分析，制定了有效的质量保障措施。
10.2 GPS测量流程
a）根据网形的技术设计所确定的作业模式，在接收机或控制器上配置预制参数，参与作业的接收机所配制的参数应相同。
b）每天出工之前，必须检查电池容量是否满足作业要求，数据存储设备应有足够的存储空间，仪器及其附件必须齐全。
c）天线安置应符合下列要求：
（1）天线应利用精密对点器和脚架直接对中。
（2）需在觇标的基板上安置天线时，应先卸去觇标顶部，将标志中心投影至基板上，依投影点安置天线。
（3）天线定向标志宜指向正北方向。
（4）雷雨季节架设天线时，要注意防雷击。雷雨过境时，应立即停止观测，并卸下天线。
10.3 GPS测量的操作要点
（1）观测组必须严格遵守调度命令，按规定时间同步观测同一组卫星。当没按计划到达点位时，应及时通知其他各组，并经观测计划编制者同意后对观测时段作必要调整，观测组不得擅自更改观测计划。
（2）经检查，接收机的电源电缆、天线电缆等项连接正确，接收机预置状态和工作状态正常后，方能启动接收机开始测量。
（3）每个时段观测前后，应各量取天线高一次，两次量测值互差不得大于2mm，取平均值作为最后天线高。当互差超限时，应查明原因，提出处理意见并记入测量手簿。观测中，作业员应使用2H铅笔逐项填写测量手簿
（4）接收机开始记录数据后，应及时将测站名、测站号、时段号、天线高等信息记录在手簿上。同时应注意仪器的警告信息，及时处理各种特殊情况。
（5）一个时段观测过程中严禁进行以下操作：关闭接收机重新启动，进行自测试，改变接收设备预置参数，改变天线位置，按关闭和删除文件功能键等。
（6）静置和观测期间应防止仪器震动，不得移动仪器，要防止人员或其他物体碰动天线或阻挡信号。
（7）在作业过程中，不应在天线附近使用无线电通讯。当必须使用时，对讲机应距天线10m以上，车载电台应距天线50m以上。
（8）经检查，调度命令已执行完毕，所有规定的作业项目已完成并符合要求，记录和资料完整无误，且将点位标识和觇标恢复原状后方可执行下一个调度命令。
11．GPS测量网的数据处理和平差方法
11.1 内业数据处理及精度评定
(1)、GPS网基线解算与网平差采用商业软件。基线解算采用广播星历，按仪器制造商提供的Trimble Geomatics Office 1.63软件按静态相对定位模式进行，网平差软件采用武汉大学COSAGPS后处理软件进行平差处理。
(2)、外业数据质量检查和数据预处理
对GPS观测数据进行异步环、重复基线进行计算检核。及时进行观测数据的处理和质量分析，检查其是否符合规范和技术设计要求。
由独立观测边组成的异步环的坐标分量闭合差应符合下式：
Vx ≤ 3 * s
Vy ≤ 3 * s
Vz ≤ 3 * s
V ≤ 3 * s
重复基线较差应小于GPS接收机标准差的2s倍。当检查发现观测数据不能满足要求时，应对成果进行全面分析，必要时应补测或重测。
各级GPS网相邻点间弦长精度用下式表示：

式中 σ——中误差（mm）； d——相邻点间距离（km）。
当各项要求符合标准后，进行GPS网的无约束平差。基线向量的改正数（VΔx，VΔy，VΔz）绝对值应在规定限差（3σ）之内。
11.2 内业数据平差计算方法
（1）、基线处理
GPS平面控制网采用GPS商业处理软件进行基线解算和平差处理；基线处理时删除观测条件差的时段和观测条件差的卫星不让其参与平差。
（2）、控制网的平差
基线解算完成后,首先在WGS-84椭球下进行控制网的无约束平差。对所需的基线解进行选择，形成的基线向量文件，即三维向量网平差所需要的基线向量，进行GPS三维向量网的无约束平差，作用是在WGS-84空间直角坐标系中进行三维向量网平差。平差时首先需要输入一个点的三维坐标，并生成基线向量文件。
三维无约束平差后即可进行二维网联合平差，选择经复测可靠的CPⅠ点的二维平面坐标作为已知起算点进行整网二维约束平差。
约束平差后，得到CPⅠ控制网在中央子午线111°48′00″投影面大地高1057米国家2000大地椭球下的高斯投影平面坐标。
12．GPS测量网评判方法及标准
根据GPS测量网的异步环、重复基线差，首先确认GPS测量网精度满足相应的GPS网要求的前提下，进行网平差计算，然后得到控制点的坐标。
13．测量中应提交的成果和资料
测量作业前应提交《大西铁路客运专线站前Ⅴ标段隧道群GPS测量方案》
测量作业结束应提交《大西铁路客运专线站前Ⅴ标段隧道群GPS测量成果书》
仪器设备的鉴定证书复印件
测量单位的测绘资质证书复印件
作业人员的测绘作业证书复印件
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