减小隧洞地面控制网的方位角中误差的测量方法

摘要

本发明公开了一种减小隧洞地面控制网的方位角中误差的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：构建隧洞地面控制网，将隧洞进出口端控制点分别构成大地四边形或三角形并对所有短边进行地面精密测距，采用GNSS测量获得进出口端的所有短边以及进出口端之间连接边的独立基线，对隧洞地面控制网的地面精密测距结果进行高程面改化，得到控制点的地面测距数据，在施工坐标系下，对GNSS观测值和地面精密测距数据进行二维联合平差，得到各独立基线的方位角和方位角中误差。本发明可明显减小进出口端的短边方位角中误差，对于长隧洞可以减小更大的横向贯通中误差。

说明书

技术领域

本发明涉及工程测绘技术领域，具体是指一种减小隧洞地面控制网的方位角中误差的测量方法。

背景技术

现有技术中，隧洞地面控制网一般采用GNSS控制网。但对于长隧洞，隧洞进出口端控制点的间距受地形条件的限制，边长较短(小于500m)，由于GNSS的系统误差，使得GNSS基线的中误差可达5mm，故GNSS控制网的短边方位角中误差较大，对隧洞横向贯通误差有较大影响。

因此，如何减小隧洞地面控制网的方位角中误差成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种能改进地面精密测距的方位角中误差的减小隧洞地面控制网的方位角中误差的测量方法。

为了实现以上目的，本发明提供的一种减小隧洞地面控制网的方位角中误差的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)构建隧洞地面控制网，在隧洞进口端和出口端附近分别选择四个控制点，保证进口端的四个控制点中至多有两个控制点之间不能通视，保证出口端的四个控制点中至多有两个控制点之间不能通视，根据通视情况，将隧洞进口端的四个控制点和出口端的四个控制点分别构成大地四边形或两个三角形，并对大地四边形或三角形的所有短边进行地面精密测距，所述短边为构成大地四边形或三角形的控制点中任意两点的连线；

2)采用GNSS接收机分别在进出口端控制点进行GNSS测量，获得进口端和出口端的所有短边的独立基线、以及进口端控制点和出口端控制点之间连接边的独立基线，所述连接边选取的数量为GNSS接收机数量减一，所述连接边和短边之间需能构成大地四边形或三角形，将这些独立基线作为GNSS观测值；

3)对隧洞地面控制网的地面精密测距结果进行高程面改化，得到控制点的地面测距数据；

4)在施工坐标系下，对GNSS观测值和地面精密测距数据进行二维联合平差，得到各独立基线的方位角和方位角中误差。

作为本发明的优选方案，所述步骤1)中，当隧洞进口端的四个控制点相互均可通视时，将四个控制点构成大地四边形，并对大地四边形的所有短边进行地面精密测距。

进一步地，所述步骤1)中，当隧洞进口端的四个控制点中有两个控制点之间无法通视时，将四个控制点中可通视的两组三个控制点构成两个三角形，并对两个三角形的所有短边进行地面精密测距。

更进一步地，所述步骤1)中，当隧洞出口端的四个控制点相互均可通视时，将四个控制点构成大地四边形，并对大地四边形的所有短边进行地面精密测距。

更进一步地，所述步骤1)中，当隧洞出口端的四个控制点中有两个控制点之间无法通视时，将四个控制点中可通视的两组三个控制点构成两个三角形，并对两个三角形的所有短边进行地面精密测距。

更进一步地，所述隧洞进口端和出口端的短边不大于500m，所述进口端和出口端之间的连接边不大于50km。

更进一步地，所述隧洞地面控制网内的地面障碍物的高度角不大于15°

本发明根据GNSS测量和地面精密测距进行二维联合平差，地面精密测距改善了GNSS控制网的精度，进出口端的短边方位角中误差明显减小。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为四个控制点构成的大地四边形。

图3为四个控制点构成的两个三角形。

具体实施方式

以下以一个由八个同步观测的控制点构成的某隧道工程施工控制网为实例进行减小隧洞地面控制网的方位角中误差的测量方法的说明。

1)构建隧洞地面控制网，在隧洞进口端和出口端附近分别选择四个控制点，隧洞进口端和出口端的短边不大于500m，所述进口端和出口端之间的连接边不大于50km。根据通视情况，由于A、B、C、D之间均可通视，将隧洞进口端控制点(A、B、C、D)构成大地四边形(A-B-C-D)。由于H、E之间不能通视，将隧洞出口端控制点(E、F、G、H)构成两个三角形(H-G-F、E-G-F)，参见图1，并对大地四边形和三角形的共十一条短边(A-B、BC-、C-D、D-A、A-C、B-D、E-F、F-G、G-H、E-G、H-F)进行地面精密测距，所述短边为构成大地四边形或三角形的控制点中任意两点的连线，所述隧洞地面控制网内的地面障碍物的高度角不大于15°(若高度角大于15°则会影响卫星信号接收)。

2)采用四台GNSS接收机，采用四台GNSS接收机在一天中任意分六个时段，每时段长度一小时(大于10km的基线时段长度为4小时)对进出口端控制点进行GNSS测量，并按时段选取独立基线，每个时段的独立基线数为n-1(n为GNSS接收机数量)，选取的独立基线要求和短边能构成三角形或四边形，在本实施例中选取进口端控制点和出口端控制点的三条连接边(G-C、B-F、B-E)，同时获取进口端和出口端的十一条短边(A-B、B-C、C-D、D-A、A-C、B-D、E-F、F-G、G-H、E-G、H-F)为独立基线，这些独立基线可作为GNSS观测值；

3)对隧洞地面控制网的地面精密测距结果进行高程面改化，得到控制点的地面测距数据。

取隧洞进出口的平均高程310m为归算高程面，按下式计算高程面改化后的测距边长度：

式中：D

D

H

H

R

4)在施工坐标系下，对GNSS观测值和地面精密测距数据进行二维联合平差，得到各独立基线的方位角和方位角中误差。

隧洞长度4.6km，控制点网如图2中所示，出口端四点构成两个三角形(如图1)，最短边长为0.58m；进口端四个控制点构成一个大地四边形(如图1)，最短边长为0.35km。由十四条GNSS独立基线构成控制网(中误差5mm+1ppm)，并进行了十一条地面精密测距(中误差1mm)。

对GNSS观测值和地面精密测距进行二维联合平差，以E为固定点，以E—B为固定方位角，对地面精密测距结果进行高程面改化，选定高程投影面310m，如此预处理后得到控制点的地面测距数据。

将上述基于GNSS观测值和地面测距数据进行二维联合平差、GNSS平差的方位角中误差进行比较，如表1中所示。

表1联合平差与GNSS平差的方位角中误差对比表

注：MA1—GNSS平差，方位角中误差

MA2—GNSS与地面精密测距联合平差，方位角中误差

△MA—方位角中误差改进量

从表1可见，GNSS控制网平差、GNSS观测值和地面精密测距联合平差两个方案的方位角中误差最大改进量△MA为-1.05″，其边长为A-D，长度0.35km，短边的方位角中误差改进量较大，进洞方位角为A-D，进洞点为JK，隧洞采用TBM单向掘进，贯通面为出洞点CK处，横向贯通中误差可减小0.023m。由此可见，本发明的减小隧洞地面控制网的方位角中误差的测量方法，隧洞进出口端控制点构成大地四边形或三角形，并进行地面精密测距，根据GNSS观测值和地面测距数据进行二维联合平差，可明显减小进出口端的短边方位角中误差，对于长隧洞可以减小更大的横向贯通中误差。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。