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摘要：GPS（全球定位系统）是信息产业技术时代的新兴科技产物，它具备精度高、测量准确、速度快、效率高等实用性特点，并被广泛应用在诸多产业化研究领域，如国防军事、工程测绘、大地测量、隧道工程中。本文探究GPS 系统在隧道测量作业工程中具备的优势，以及在实际测量作业时存在的问题，寻找确立出优秀设计方案，衡量好平差精度优异、约束平差、异步环等指标。
关键词：GPS；隧道测量；应用
前言：目前，全球卫星定位系统正在发展和全面的建成，同时，给测绘与导航带来了一场新的技术性革命。GPS大量用于测绘、气象、军事等多个方面，而在城市控制网的建立中，改造以及大地的测量中得到较为广泛的运用。在隧道测量中加强对GPS的应用与研究所具备的指导意义与实用价值重大，是一般测量技术无法比拟的。并且，在应用效益方面，它的技术优势显著，继应用基础理论完善后能够有着广泛应用前景与控制形式。
1.GPS在工程测量中的原理及优势
1.1相较于传统方式GPS测量的一般优势
在传统的测量作业工作进程中，建立起隧道工程作业控制网一般会采用三角测量法，近些年来也逐步推广了精密导线测量法。但是，这些传统测量方法往往在应用过程中会受到诸多因素限制，如通视条件不足、图形建立条件差、地形地貌限制等因素的影响，也直接导致观测、控制网选址、布网控制等受到影响。另外，由于隧道工程多半远离市区，在山区中的隧道工程较多，所以地形地貌条件与城市之间相比很复杂，采用传统常规方法的工作难度与挑战可以见得有多么巨大。但自从GPS技术应用在隧道测量中，这些因素的限制作用大大降低。
1.2GPS测量应用的所通常具备的优势
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。定位精度高。在50 km范畴内，能够将作业精度控制在1×10-6～2×10-6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。观测时间短。经典静态定位方法主要是根据—条基线的测量方位来对时间进行定位，并根据控制指标的要求来操作，从而提高了作业效率，而且将观测的时间控制在1h-3h之间。近些年来，短基线快速定位方法已经得到了隧道测量的广泛使用，其观测时间可以缩短到几分钟内，并且测量精度符合实际需求。三维坐标更精准。为了更好的提高其作业效率，GPS观测过程中还提供了三维坐标，从而提高了平面测量的准确度，并且使大地高程更为准确。因此，为研究作业所需的地面点高程和大地水准面的不规则形状的研究提供了新契机。操作便捷。随着科技的发展，GPS接收机已经拥有越来越高的智能化，对于从事观测的技术人员来说只需要简易的操作，GPS接收机就能够自行地进行隧道的观测与结果记录，而不受任何时间、地点、天气的因素影响，能够随时随地进行观测。
1.3GPS测量的总体优势
总的来说，GPS系统应用在隧道测量作业中，它的优势发挥彰显无遗。并且随着国家各领域科研事业的技术成果的不断完善，诸如一些高等级、高程长大隧道也就越多，用传统常规的测量方法已经很难满足其测量需求了，而GPS自由的优势及测量特点的发挥，已经使得它广泛受用在公路、铁路等交通事业领域。GPS卫星定位技术,比常规大地测量技术要节省85％的外业费用。根据统计,美国用常规大地测量技术建立一个一等水准控制点需要耗费近7000美元。用GPS卫星定位技术建立同等精度的一个控制点仅需花费2000美元,节省71.43％的费用。
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由于GPS卫星定位不需要站间通视,所以不需要建立费时、费力、费钱的钢标。GPS（RTK）技术的发展,可以实现实时动态差分GPS定位。运用了GPS系统中的强大测量技术，为国家与社会带来了巨大社会效益与投资价值。
2.GPS控制网在隧道工程测量中的布设原则与应用
2.1 GPS控制网中的控制点布设原则
工程项目山上树木茂盛，地形复杂，通视困难，山脊陡峭，行走不便。为了该工程的设计和施工，需建立首级控制网。考虑到工程复杂，工期较紧，测区通视困难，地形起伏大等因素。采用独立坐标系、重力水准面、垂线为基准等测量方法。一般对于某一高程测量而言，控制网的基线面会以重力水准面作为基准，而并不以复杂的椭球面作为基线面。对于水平角和距离的测量多半是以垂线作为基准，而一般不会以椭球面中的发现作为基准。对于GPS控制网中的控制点布设原则，坐标统一。为了能够将测量作业的设计与 GPS 控制点的坐标体系保持一致或统一，更为方便地去计算作业所需的放样数据；进洞处布设控制点。在隧道中的任意进洞处应至少能够布设两个相互通视的GPS控制点；控制点保持在同一高程面。为避免或降低垂线偏差对测设一面的影响，在任意进洞处的三个控制点尽量保持在同一高程面上；投点要利于观测。每个洞口的投点应当设置在作业点附近的洞口处，并且要最大限度地利于 GPS 系统的应用观测。因此，必须保持洞口间的高差控制在较小并适当的范畴之内，一般距离多以300m作为最佳距离；直线与曲线隧道布设要求。对于直线隧道，在隧道中心线上应布设两个控制点，以利于建立作业坐标系；对于曲线隧道。
2.2GPS隧道测量的应用体会
因地制宜使用应用GPS测量技术在隧道工程进行测量时，必须具备一定的作业条件，它并不能完全替代常规以全站仪与水准仪进行观测的相关方法；首级控制网的建立GPS进行观测、测量所需的放样数据等，一般对于精度的控制需求较高，但是为了能够确保数据质量的再次提升，应当建立涉及全面、精度控制高的首级控制网；信号质量需求利用GPS进行隧道观测与测量作业时，基本上已经具备了实现自动化、智能化等特性，并且其观测作业时间大幅度降低，从而使得劳动作业强度降低。但是，由于观测质量与卫星的空间分布和信号有着直接重要联系；检验方法的重要性GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。但起算点的点位精度会影响测量成果的质量，必须保证起算点的点位精度，并联测足够的水准高程点。
2.3GPS测量的外业观测及实施
对于GPS 控制点的布设原则如下，为了使得GPS的控制点的坐标与隧道的设计坐标能够统一，方便计算，在曲线隧道的每一个切线之上或在直线隧道的中心线之上，都应该布置两个用于测量的GPS控制点。在每一个隧道的进洞口都应该设置上至少两个能够相互进行通视的控制点，不过，出于对安全的考虑，最好设置三个点。为了减弱或消除因垂线偏差而导致测设方向出错的影响，在每一个进洞口最好是在同一高程面之上设置一个控制点。在条件允许的情况下，各个洞口的控制点之间应尽量缩小其差值。GPS 在隧道测量中的数据传输与处理过程一般采用随机软件来完成，只要确保已知数据的精度、数量和卫星信号的质量，就能够准确计算出控制点的三维坐标。但是点位精度的高低会在一定程度上影响测量结果的准确性。因此，要采取措施确保起算点的点位精度，并且联测水准的高程点。
3.小结
综上所述，GPS系统在隧道测量作业工程中具备的优势是一些传统设备所无法比拟的。但在实际测量作业时，同样要做好充足准备，并对GPS控制网进行分析与评价，确立出优秀设计方案，衡量好平差精度优异、约束平差、异步环等指标希望通过本文分析，得到各位业界人士的借鉴与点评，对于往后的工程学发展有着莫大的借鉴意义。
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【3】汪洋兵，刘磊，段文贵，等.GPS系统在隧道测量中的应用探讨[J].科技与生活，2012（3）：155-155。
论文作者:任,亮
论文发表刊物:《防护工程》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/19
标签：测量论文; 隧道论文; 作业论文; 精度论文; 高程论文; 工程论文; 坐标论文; 《防护工程》2017年第31期论文;