摘要：GNSS即全球定位系统的简称，GNSS本身就是信息产业技术时代下的新兴科技产物，它不仅具备了精度高、测量准确、速度快、效率高等实用性的特性，而且还被广泛的应用于各个领域。借此，为了进一步了解GNSS的应用情况，本文就从隧道测量这个方向出发，就其在隧道工程中的优势及布点特征等进行分析，并且给出一些应用的心得，为我国GNSS技术进一步发展提供一些理论支持。
关键词：GNSS技术；隧道测量；应用；优势；心得
引言
自GNSS技术诞生以来，为我国的各个领域发展提供了有利的技术支撑和技术保障，并且随着时代的发展，在不断地完善，并且在测绘和导航领域实现了进一步的发展。相对于传统工程测量而言，GNSS技术不仅具备了传统测量作业中的稳定性和准确性，而且也具备了系统操作过程中的灵活性和实用性，不仅操作简便，而且数据精确度高，尤其是对于一些精确度要求高的行业而言，既突破了时间和空间上的限制，而且还能够为数据测量的准确性提供保障。
一、GNSS技术在工程测量中的原理及优势
1.1GNSS技术在工程测量中的原理
在传统的测量作业过程中，构建隧道工程作业控制网通常都采用的是三角测量法，并且随着技术的进步，在近些年的发展中采取了精密导线测量法。GNSS主要由用户装置部分、空间部分和地面控制部分三部分构成，其中，用户装置部分中的卫星天线和GNSS接收机发挥接收信号的作用。GNSS测量定位原理就是利用测距交会的原理进行位置的确定。通过无线电测距的方式，测出接收机信号交会的地方。虽然在一定程度上，GNSS卫星始终处在不停的运动中，但是，可以利用固定于地面上的无线电测距仪进行某一时刻、某一位置空间距离的测量。
1.2GNSS技术在工程测量中的优势
1.2.1观测时站与站之间并不需求通视
在传统的测量中，观测时站和站之间对通视的要求不高，因为通视要求降低，可以降低效益成本，并缩短作业时间。此外，更利于点位的选择与分析，从而让测量工作更加的方便、灵活等特点。但是，由于一些隧道项目受到地形地貌的影响，无法实现通视，而GNSS技术，对通视的要求降低，不仅减少了测量作业环节中的测量成本，而且还有效的缩短了测量时间。同时，对于点位的选择和分析，也更为的灵活。
1.2.2定位精确度高
GNSS技术在通常情况下，在 50km 范畴内的基线上，定位精度高。在 50 km 范畴内，能够将作业精度控制在l×10-6 ～ 2×10-6 之间，并且时间越长，其控制的精度越高，从而使其明显的好于传统精度控制形式。
1.2.3观测时间短
经典静态定位法主要是通过一条基线的定位方式来完成测量作业的，这种测量方式主要是根据一条基线的相对定位所用时间，并且结合不同精度控制指标来完成作业，通常观测时间控制在1到3个小时，但是，相对于当前采用的短基线快速定位法，这种观测方式时间较长，因此，短基线快速定位法，是当前应用最多的测量作业方式，并且也取得了较多的成绩。
1.2.4GNSS系统操作便捷化
GNSS系统在隧道测量中的应用，不需要像传统测量技术中复杂的流程、笨重的测量仪器，甚至是大量的人力、物力和财力支出，而GNSS系统自身的重量轻、体积小、携带便捷的特性，不仅有效的降低了测量人员的工作量，而且提高了测量效率。
1.2.5GNSS系统能够实现全天候作业
GNSS系统本身就突破了时间、空间上的限制，所以，能够长期连续、不中断地进行观测，而且即使是处于自然气候变化较大的区域，其影响是非常低的。
由此可见，GNSS系统在隧道测量作业应用的过程中，GNSS观测时站与站之间并不需求通视、定位精确度高、观测时间短、GNSS系统操作便捷化、GNSS系统操作便捷化等优势发挥的淋漓尽致，并且在各个领域的应用中不断完善和发展，如交通领域中的秦岭隧道、云台山隧道等。
二、GNSS控制网在隧道工程测量中的具体化应用
2.1工程实例概况
本次介绍的工程案例是位于河北武安市活水乡大梁沟、冷义沟旧址、京娘湖景区山区内的达衣岩隧道，线路段为中低山区域。隧道起讫桩号K11+686～K14+645，长2959m，限界净空14.5×5.5m（宽×高），进洞口设计标高为623.46m、出洞口设计标高596.02m；隧道最大埋深约252.0m，属长隧道。
2.2平面控制网设计概述
2.2.1 平面控制网精度指标
本工程中包含一条长度不超过3000m的长隧道，根据DL/T 5173----2012《公路工程施工测量规范》的规定及本工程的特点，确定平涉公路的平面控制网等级为二等。
2.2.2 投影高程面的选择
为满足施工测量需要，根据达衣岩隧道进出口设计高程、隧道净空大小确定本工程施工测量加密控制网的投影面高程为610m。
2.2.3 平面控制网布设
平面控制网布网时参照《平涉公路路线总体布置图》及有关要求进行布设，共布设10点，点的编号为新建加密点PS01～PS07、已知点B003、B007、B009。如图1所示
图1
控制点分布如下：隧道入口处布置控制点3点，；支洞布置控制点3点，在隧道出口处布置4点。同时保证所有点有两个以上通视方向，以便校核。
为保证施工控制网平面系统，本次施工控制加密网平面起算数据采用前期河北博翔地理信息技术有限公司提供的E级控制网点，由于起算点等级较低，本次起算采用一点一方向作为起算数据。
2.3 平面控制网选点、埋标
2.3.1 选点
根据布网情况，结合现场实际进行点位的选定。
选点的基本原则如下：
a）控制点的分布位于隧道的进出口和支洞位置。
b）网点应选在通视良好、交通方便、地基稳定且能长期保存的地方。视线离障碍物的距离不宜小于1.5m。
c）网点选定时，既要考虑图形结构且便于加密，又要考虑施工放样的方便。
d）GPS网点应视野开阔，有利于卫星信号的接收。
2.3.2 埋标
根据本工程所处位置的特殊性，本控制网应采用基岩石刻石标或者使用混凝土浇筑，控制点制作应以能够长期保存和施工放样方便两个原则作为基础。
2.4平差计算采用的软件
GPS基线解算利用随机商用软件转化为RINEX格式数据后，利用HGO进行基线解算，GPS网的平差计算采用“科傻GPS数据处理系统”软件进行。
2.5观测方案及技术要求
二等平面控制网将利用GPS定位技术采用静态方式进行测量。采用5台南方 S86双频接收机进行观测，仪器静态测量方式的标称精度为±（5+110-6Ｄ）mm。
观测时应注意GPS网构成多边形或附合路线。最简独立闭合环或附合路线的边数≤6。
GPS网相邻点间基线长度精度σ计算时的固定误差a取10mm，比例误差系数b取2mm/km。
网的平均边长为500m~2000m，相邻点最小距离为平均距离的1/2～1/3，最大距离为平均距离的2倍～3倍，最弱相邻点边长相对中误差应小于1/120000，由于隧道口位置比较狭隘，布设控制点考虑实际施工测量的方便，在隧道口的附近方向增加控制点，小于平均距离1/3的基线边不参与平差计算。
2.5.1 GPS观测应遵守下列规定：
1.GPS静态测量作业的基本技术要求见表1。
表1
2.施测前应依照测区的平均经、纬度和作业日期编制GPS卫星可见性预报，根据该表进行同步观测环图形设计及观测时段设计，编制出作业计划进度表。
3.GPS网测量不观测气象元素，只记录天气情况。
4.GPS天线定向标志应指向正北。天线安装需严格对中，每时段观测前后各量取天线高一次，两次较差不大于1mm。
GPS外业记录应遵守下列规定：
1.记录项目应包括下列内容：
1）测站点名、观测日期、时段号。
2）观测时间，包括开始与结束时间。
3）接收机类型及其号码、天线号码。
4）天线高量测值。
2.原始观测值和记事项目，应按规定在现场记录，字迹清楚、整齐、美观。
3.外业观测记录各时段观测结束后，应及时将每天外业观测记录结果录入计算机。
4.接收机内存数据文件在传输到机外存储介质上时，不得进行任何编辑与修改。
GPS观测数据应符合下列规定。
1.其中同步环闭合差：
；
2.异步环闭合差：
；
3.复测基线限差：dS≤
；
4.弦长精度：
。
5.根据规范和设计书对二等GNSS网的要求在本项目中固定误差a=10mm，比例误差b=2mm/km。
2.6数据处理
GPS网数据处理时，首先利用随机商用软件转化为RINEX格式数据后，使用HGO Office自动解算基线，部分基线解算截取时间段、剔除不健康的卫星，在解算过程中星历数据直接使用接受机的广播星历，模糊度采用双差固定解。对流层采用霍普菲儿的模型，电离层模型采用模型，由于每个时段的观测时间都较长，因此电离层可以根据双频数据自动计算出较为准确的理论模型彻底消除电离层延迟；然后，采用“科傻GPS数据处理系统”软件进行网的平差处理。
2.7 高程控制网
建立高程控制网的目的主要是为工程施工高程测量提供一个统一的高程参照系统，本施工控制网的高程系统为1985年国家高程基准。本次GPS高程作为一个参考条件，高程控制网依前期河北博翔地理信息技术有限公司提供的水准高程为准。
三、GNSS 在本次隧道测量的应用体会
3.1因地制宜
无论是采用任何测量技术，都必须要做到因地制宜，虽然GNSS测量技术具有一定的优势，但是，GNSS测量技术本身成本较高，在地形地貌相对平缓的地区，全站仪与水准仪的测量方式也是比较中肯的选择，所以，施工企业对于测量技术的选择，做到因地制宜不仅是降低成本的有效方式，而且也是资源合理配置的有效方式。
3.2检验方法的重要性
GNSS系统在进行测量的过程中，测量得到的数据直接采用专业软件进行传输和处理，在整个传输和处理的环节，只要保证接收卫星信号的质量和数据的数量、精度等，就可以得出控制点的三维坐标。但是，起算点的点位精度在一定程度上，对于其测量成果的质量是有一定影响的。
3.3GNSS技术应用的广泛性
在长江隧道工程中，GNSS技术的应用，在进行控制网点和导线点的布设时，选择性提高的同时，也为隧道工程测量控制网的构建奠定了坚实的基础。另外，GNSS技术对控制网点和导线点布设要求较低，在整个长江隧道工程中，虽然在一定程度上，测量工作量减少，但是，测量的数据更为精准化。因此，GNSS技术的高效化、精准化测量，是保证企业经济效益和社会效益的必要条件。
四、结语
综上所述，GNSS技术在隧道测量中的应用研究的过程中，虽然GNSS系统在隧道测量作业工程中的优势是十分显著的，但是，在实际测量作业中，必须要做好一切准备工作，并且还要对GNSS控制网进行详细的分析和评价，最终选择出符合当地地域优势的建设方案。
参考文献：
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[2]张福荣.GNSS 在隧道控制测量中的应用[J].内江科技，2008-05-07.
[3]郭志强.基于 GNSS 的秦岭特长隧道控制测量技术研究[J].科技资讯，2009-03-04.
论文作者:耿浩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：测量论文; 隧道论文; 作业论文; 基线论文; 高程论文; 技术论文; 工程论文; 《基层建设》2019年第19期论文;