孟宪宏
（包头市公路规划勘测设计院，内蒙古 包头 014040）
【摘要】公路工程中，对高程的测量贯穿了公路设计及施工的各个阶段，在进行公路测量和设计时，需要沿线路布设四等或等外水准路线，以满足设计和施工的需求。本文主要介绍了公路高程控制测量的特点、基本要求，主要从gps控制网的布设方面对公路高程控制测量技术做了分析和阐述。
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关键词 公路工程；高程；控制测量
1 公路高程控制测量
公路高程控制网一般按水准测量方法来建立。为了统一水准测量规格，考虑到公路工程建设的特点，公路测量和工程测量技术规范规定：水准测量依次分为二、三、四等3个等级。首级高程控制网，一般要求布设成闭合环形，加密时可布设成附合路线和结点图形。各等级水准测量的精度和国家水准测量相应等级的精度一致。
1.1 公路高程控制测量的重要性分析
在公路工程测量中，必须遵循“先整体后局部、先控制后碎部、从高级到低级”的测量原则，在点位测量、纵横断面测量、中线点放样之前必须进行平面控制测量和高程控制测量。进行公路高程控制测量的目的是获得测区控制点的高程，为路线提供统一的高程基准，为后续的测量工作提供标准数据。高程控制测量在公路工程中各个阶段都起着非常重要的作用，在勘测设计阶段，高程控制测量为大比例尺地形图的高程提供依据，可以为横断面和纵断面测量提供高程基准。在施工阶段，高程控制测量是复测的必要环节，同时是加密高程点的基础。在运营管理阶段，高程控制测量主要为以后的改造、扩建、维修以及变形监测提供基准。
1.2 公路高程控制测量内容
在公路勘测设计过程中，高程控制测量主要有水准测量、三角高程测量以及GPS水准测量。高程测量中通常应用的高程系统主要有大地高程系统、正常高系统和正高系统，大地高程系统是以椭球面为基准的高程系统。正高系统是以大地水准面为基准的高程系统。计算正常高的精度，主要取决于大地高差和高程异常的精度，而其中高程异常差的精度与其计算方法及其所利用的资料密切相关。
（1）水准测量是利用水准仪提供的一条水平视线，读出前视点和后视点上两个水准尺读数，从而确定两点之间的高差。常见的水准路线有闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线。水准观测要求进行往返观测或形成可检核的闭合、附合路线，以检验闭合差是否达到精度要求，这种方法相对于其它观测方法，精度高、对仪器设备要求不高，但进度较慢，观测人员体力消耗很大。
（2）三角高程测量是利用全站仪同时观测竖直角和距离，通过程序计算出两点之间的高差，进而求得待求点的高程，使用起来十分方便，尤其在水准测量相当困难的山岭重丘区，但是三角高程测量受地球曲率、大气折光及气候条件的影响，测量精度难以得到保障。
（3）GPS水准测量是利用GPS测量资料与水准测量资料相结合，来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求GPS观测点具有水准测量资料且密度适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高。
2 公路工程中高程的控制测量技术
2.1 公路高程测量精度要求
公路高程系统采用国家高程基准。同一条公路应采用同一个高程系统，不能采用同一系统时，应给定高程系统的转换关系。独立工程或三级以下公路联测有困难时，可采用假定高程。
2.2 GPS控制布网等级分析
GPS定位的基本原理是以GPS卫星与GPS接收机天线之间距离（或距离差）观测量为基础，根据卫星瞬时坐标，来确定GPS接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS高程测量是指在一定GPS网中，用若干已知GPS点的正常高，根据GPS测量所得的大地高，求得各公共点上的高程异常。再由公共点的平面坐标和高程异常采用数值似合计算方法，拟合出区域的似大地水准面，即可解出各点高程异常值，进而求出各GPS点的正常高。
（1）GPS布网等级划分
GPS测量按其精度划分为AA、A、B、C、D、E级。GPS快速静态定位测量可用于C、D、E级GPS控制网的布设。
AA级主要用于全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和精密定轨；
A级主要用于区域性的地球动力学研究和地壳形变测量；
B级主要用于局部形变监测和各种精密工程测量；
C级主要用于大、中城市及工程测量的基本控制网；
D、E级主要用于中、小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测、建筑施工等的控制测量。
（2）GPS网布设原则
GPS网的布设应视其目的、要求的精度、卫星状况、接收机类型和数量、测区已有的资料、测区地形和交通状况以及作业效率综合考虑，按照优化设计原则进行。AA、A、B级GPS网应布设成连续网，除边缘点外，每点的连接点数应不少于3点。C、D、E级GPS网可布设成多边形或附合路线。各级GPS网相邻点间平均距离应符合要求，相邻点最小距离可为平均距离的1/3-1/2；最大距离可为平均距离的2-3倍。
1）在时段中观测时间符合表中第七项规定的卫星，为有效观测卫星；
2）计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数；
3）观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段；
4）观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。
（3）GPS公路控制网的建立
按GPS勘测规程要求，每0.5-1km间设一控制点，其等级依公路等级而定。现以高速公路和500-100m特大桥及1000-2000m中长隧道为说明GPS网的建立方法。
根据规范，高速公路要求的控制等级为一级小三角或一级导线。因此，做等级控制时必须使首级控制D级以上。为此，在搜集资料时必须把测区内的高一等级控制点资料搜集齐全。同时，在布设首级控制网时应在5-10km内布设一首级控制点，以便发展加密控制。
GPS控制网的布设应根据公路等级、沿线地形地物、作业时卫星状况、精度要求等因素进行综合设计。因为GPS控制网作为公路首级控制网时，需采用其他测量方法进行加密。故沿路线两侧每隔5-10km布设一对相互通视的GPS点。理论上GPS点观测时只须在3个GPS点上架设GPS仪同时观测即可确定这3个点的坐标。考虑到公路测量本身的特点采用4台GPS接收机同时观测4个GPS点，这样可大大加快全线的测量速度。
在确立布网等级和方案后。可按以下步骤建立公路控制网。
1）选点，以选线及控制人员为主，选择便于工作及以后应用的点位；
2）埋石，按勘测规范要求，埋选标石，并现场做好点记；
3）实测，根据所使用的仪器标称精度和规范的相关要求进行实测；
4）进行平差及精度评定。根据实测结果进行平差计算，并进行精度评级，精度满足所需等级要求即告完成。
3 结语
GPS定位技术在公路勘测中的应用，对公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，GPS技术应用在公路高程控制测量中，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是对于当前公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，受地区地形条件的限制，使得常规的测量技术实施存在很多的困难，这也就更能体现GPS高程测量技术的优越性和广阔的应用前景。
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参考文献
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［责任编辑：薛俊歌］