10.3.1 概述
线路勘测、管线测量及隧道贯通测量是铁路、交通、输电、通讯等工程建设中重要的工作。以往大多采用传统的控制测量、工程测量方法进行控制网建立及施测，由于该类测量控制网大多以狭长形式布设，并且很多工程穿越山林，周围已知控制点很少，使得传统测量方法在网形式布设、误差控制等多方面带来很大问题。同时传统方法作业时间也比较长，直接影响了工程建设的正常进展。自从将GPS技术引入该领域以来，使其测量效率及测量精度得到可喜的提高，本节将以西安——南京线GPS控制网、秦岭某隧道贯通GPS网及北京地铁精密导线GPS复测为例，介绍GPS技术在线路勘测及隧道贯通等测量中的应用。
10.3.2 线路GPS控制网的建立
传统的线路测量一般采用导线法，在初测阶段沿设计线路布设初测导线。该导线既是各专业开展勘测的控制基础，也是进行地形测量的首级控制，所以要求相邻导线点通视。在该线路测量中应用GPS技术的形式是沿设计线路建立狭带状控制网。目前主要有两种情况，一种是应用GPS定位技术替代导线测量；一种是应用GPS定位技术加密国家控制点或建立首级控制网。在实际生产中较多的用了后者。
下面以西安——南阳段GPS控制网为例，说明GPS线路控制网的布设和应用情况。
1.布网形式
铁道部《铁路测量技术规程》规定，1：2000比例尺地形图测绘起、闭于高级控制点的导线全长不得大于30km（公路线路一般规定≤10km）。据此，铁路GPS线路控制网布设应满足以下几条：作为导线起闭点的GPS应成对出现；每对点必须通视，间隔以1km为宜（不宜短于200m）；每对点与相邻一对点的间隔不得大于30km。具体间隔视作业条件和整个控制测量工作计划而定，一般5~15km布设一对点。这些点均沿设计线路布设，其图形类似线形锁。
图10-4显示了西安——南京线西安至南阳段GPS控制网的布设网形。
西安——南京线中西安至南阳线路长度450km，线路通过秦岭山脉东段和豫西山区。GPS定位测量是为初测导线提供起闭点。GPS网由13个大地四边形和2个三角形组成。待定点（GPS控制点）24点为12个点对，相邻点对间平均距离18km。联测了六个国家控制点，选用其中五个点作已知点参与平差。
为了提高勘测精度和便于日后勘测工作的开展，在构建GPS控制网时在以下地段布设GPS点对：
①线路勘测起迄处；
②线路重大方案起迄处；
③线路重大工程，如隧道、特大桥、枢纽等地段；
④航摄测段重叠处。
2．观测及处理
GPS控制网观测选用单频机或
双频GPS接收机，采用静态观测模式，时段长度一般为30~90min。数据预处理采用随机软件。
线路测量采用国家统一的平面坐标系统——1954年北京坐标系。WGS-84与1954北京坐标系统的转换采用国家控制点重合转换，在西安——南京线中西安至南阳段约束平差计算时，剔除了有明显问题的炮校三角点，选用其余五个点进行约束平差。
经平差计算，起闭点的GPS点精度达到国家四等点的精度，满足线路测量需要。
10.3.3 长隧道GPS施工控制网
隧道施工控制网是为隧道施工提供方向控制和高程控制的，一般由洞口点群和两洞口之间联系网组成。
图10-5、图10-6分别为秦岭与云台山隧道的GPS控制网（平面）。
秦岭隧道设计长度10km，是我国最长的铁路隧道。秦岭隧道GPS施工控制网共观测30条独立基线，平均边长4.1km，最长边长18.6km。
去年台山隧道GPS网在进出洞口及斜井各布设3个GPS点。
采用静态方式观测，观测2个时段，时段长度为60min。但秦岭隧道GPS网的联系网边每时段观测90min。
用GPS水准解决高程问题，为此建立一个高程转换试验网，有10个网点，用II等精密水准将黄海高程传递到洞口附近，联测8个点，对联测几何水准的点，采用快速静态测量方式测定其点位。高程拟合采用非参数回归模型，拟合的高程，满足隧道贯通对高程的精度要求。
各项质量检核结果表明，秦岭隧道GPS施工控制网达到测绘行业标准《全球定位系统（GPS）测量规范》C级网的技术指标，也满足铁路测量精度要求达到国家三等控制点精度。
10.3.4 地铁精密导线GPS测量
地铁精密导线GPS测量与普通控制网GPS测量有两个显著区别：
1．地铁精密导线GPS测量呈线状；
2．地铁精密导线有大量短边，边长为100m～500m。
所以，GPS测量必须针对精密导线测量的特点进行。下面就以北京市地下铁道复八线热八区间精密导线GPS测量为例说明地铁精密导线的测量。
用户提出精度指标为：
1.相邻点位中误差不得大于8mm；
2.GPS测定坐标值与既有坐标值（指原有控制点）之差不得大于20mm。
作业方案的制定
制定时作如下考虑：①待定点的分布虽然是线状（导线形式），为了提高精度和剔除错误,仍采用网状观测及平差处理;②静态定位测量.同步环中每条基线测定的时段长度为2小时(只测1个时段),PDOP小于6,同步观测星数不小于4个；③已知控制点有3个点，待定精密导线点为8点，检查2个点（原有精密导线点）。
图10-7为GPS网布设示意图。
图中O为原有精密导线点，Δ为已知控制点，·为待定精密导线点。经平差计算，FB30和FB32两点GPS测定的坐标与原有坐标差值（见表10-7）Δx≤15mm,Δy≤8mm；相邻点位中误差小于8mm。
表10-7 GPS测定坐标与原有坐标较差
|
坐标 |
ΔX(m) |
ΔY(m) |
ΔZ(m) |
||||||
|
方案 点号 |
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅲ |
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅲ |
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅲ |
|
200 |
-0.004 |
|
|
0.010 |
|
|
0.011 |
|
|
|
FB30 |
-0.004 |
-0.004 |
-0.003 |
0.006 |
0.006 |
0.005 |
0.007 |
0.007 |
0.007 |
|
FB32 |
0.015 |
0.015 |
0.014 |
0.008 |
0.007 |
0.017 |
0.017 |
0.016 |
|
北京地下铁道复八线热八段精密导线GPS测量表明，应用GPS定位技术测定地铁精密导线平面位置是成功的，具有很好的经济、社会效益。地铁精密导线与区域控制网有一定区别，完全套用目前行业标准《全球定位系统（GPS）测量规范》不一定是最科学合理的。具体还要根据工程具体情况进行灵活掌握。