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摘要： GPS（全球定位系统）广泛应用在现代科技社会的各个研究领域，它以精度高、速度快、效益显著等优势，从常规测量方法中脱颖而出，广泛应用于大地测量、工程测量、变形观测等诸多领域。本文根据GPS在隧道工程测量中的应用，简述了它的测量原理和优点，并对如何更好地将GPS应用于隧道工程测量作了总结。
关键词：隧道测量 GPS 应用分析
中图分类号：U452.1+7
一、隧道测量技术和GPS测量技术的发展
1.1 隧道测量技术
隧道测量技术在过去的几十年中有了很多突破与创新，测量仪器朝着体积小重量轻效率高自动化的方向发展。最具代表性的便是全站仪和GPS以及计算机技术的广泛使用。隧道测量的工作范围越来越广泛，比如贯通测量、断面测量、运营隧道内表面状态检测等。因此，合理选择测量技术，对整个工程的成败盈亏以及工作量的大小起着关键作用[1]。
1.2 GPS测量技术
GPS在测绘行业中的普遍应用，使得原本繁重的外业观测任务简便。GPS卫星定位技术达到厘米级的定位精度极大地满足了测量要求，即使是用于监测大坝变形的GPS接收机，也能达到毫米级或者亚毫米级的精度。GPS能在高精度标准下实现全天候24小时实时观测。在经济效益方面，GPS卫星定位技术将会大大减小工程费用。由于GPS技术对网形没有通视的要求，它的实用性和技术优势是传统测绘仪器设备所没有的，因此，它在隧道工程中的应用越来越广泛。
二、GPS的工作原理和测量优点
2.1 工作原理
接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）组成了GPS用户设备。选择有一定卫星高度截止角的待测卫星信号，利用接收机捕获信号，跟踪卫星运行，并对信号进行处理，如交换放大，再在计算机和相应软件上进行数据处理。根据测量中的距离交会原理，经基线解算、网平差，解算出接收机中心（测站点） 的三维坐标。
2.2 测量优点
GPS技术所具备的优势主要通过以下六个方面体现：观测时间短、定位精度高、成本费用少、操作简便、无环境限制全天候作业以及提供三维坐标成果。
传统的测量工作在建立隧道工程作业控制网时，三角测量法是最常用的方法。但是在实际应用过程中，很多因素往往会限制传统测量方法的使用，比如通视条件不足，地形地貌限制【2】。在隧道工程中，隧道工程多半在山区，地形地貌条件很复杂。因此，应用GPS 技术实际上是一种高效简便的测量手段。比如秦岭隧道等国家重点隧道工程中就已经采用GPS测量技术【3】。它为工程项目节约了经济成本和作业时间以及人力物力，产生的社会效益是无法估量的。
三、GPS控制网在隧道工程测量中的布设原则
隧道控制测量特点包括坐标系独立、基准面为重力水准面、基准线为垂线三点等。针对这些特点，GPS在隧道控制网中有一套独特的控制点布设原则【4】。
1）保持统一坐标系。
2）保持控制点高程面的统一。
3）保证信号良好。
4）在洞口处布设控制点。为了保证安全工作，应该在隧道中的任意进洞处布两个或两个以上的能互相通视的GPS 控制点。一个是定向点，另一个是洞口投点。当然，三个控制点为最佳。
5）布设控制点时，直线与曲线隧道的要求不一样。为了方便建立作业坐标系，直线隧道的中心线上应布设两个控制点。而为了准确计算施工放样数据，曲线隧道的每一切线上都应布设两个控制点。
6）最好在施工进洞处就布设洞口投点，便于GPS观测。
观测前需要注意GPS仪器使用的注意事项，选择好最佳观测时段，保证接收信号的质量。
四、工程实践中GPS测量的应用总结
1）GPS测量应用虽然应用广泛，但是仍不能完全取代传统测量方法，因为它具有一定的前提条件。因此，要根据实际情况进行测量技术方法的选择。
2）GPS接收机观测过程实现了智能化、自动化，但由于观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量将会影响观测质量，因此应严格按相关要求选择最佳观测时段和观测点位， 杜绝移动电话等干扰信号的设备的使用。
3）由于起算数据的精度在测量成果的质量中影响甚大，因此在联测足够多的水准高程点之外，起算点的点位精度必须足够高。
4）建立首級控制网。精度控制高的首级控制网，才能保证GPS技术能够高精度完成各项作业。
5）平差过程中要注意GPS的计算设置。可以通过增加高度截止角、调整历元间隔等方法来提高基线向量的解算精度。
6）可以通过在网内布设一级光电测距导线网，计算测距导线坐标的闭合相对精度，来检验重点工程GPS控制网的测量成果。
越来越多的实际隧道测量作业表明，GPS隧道控制网能满足隧道贯通精度的要求。比如南山隧道洞外控制网平面坐标成果【5】，平差后的最弱边、最弱点的精度完全满足《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314——2001中的限差要求。做好充分测量前的工作准备，设计出优秀的测量方案，正确分析与评价GPS控制网，评定好各项精度指标，实际测量数据的精准度才能够得到保障，才能将估算数据域隧道贯通后的实际情况的差异保持在可控范围，用数据来证明GPS在隧道控制测量中的巨大优势。
参考文献
[1]肖书安.国外隧道施工测量技术的现状和发展.Amberg Measuring Technique Lid.Regensdorf，Switzerland CH8105.
[2]高小六，李永泉.GPS 在隧道平面控制测量中的应用与精度分析[J].城市勘测， 2009（3）：40-51
[3]郭志强.基于GPS的秦岭特长隧道控制测量技术研究[J]. 科技资讯， 2009（15）：67-69.
[4]肖建洋.GPS技术在隧道测量中的应用研究.市政·交通·水利工程设计. 1007-9467（2012）06-0147-03
[5]宫国伟.GPS控制网在大连南山隧道测量中的应用.民营科技2010年第6期.
关键词：隧道测量 GPS 应用分析
中图分类号：U452.1+7
一、隧道测量技术和GPS测量技术的发展
1.1 隧道测量技术
隧道测量技术在过去的几十年中有了很多突破与创新，测量仪器朝着体积小重量轻效率高自动化的方向发展。最具代表性的便是全站仪和GPS以及计算机技术的广泛使用。隧道测量的工作范围越来越广泛，比如贯通测量、断面测量、运营隧道内表面状态检测等。因此，合理选择测量技术，对整个工程的成败盈亏以及工作量的大小起着关键作用[1]。
1.2 GPS测量技术
GPS在测绘行业中的普遍应用，使得原本繁重的外业观测任务简便。GPS卫星定位技术达到厘米级的定位精度极大地满足了测量要求，即使是用于监测大坝变形的GPS接收机，也能达到毫米级或者亚毫米级的精度。GPS能在高精度标准下实现全天候24小时实时观测。在经济效益方面，GPS卫星定位技术将会大大减小工程费用。由于GPS技术对网形没有通视的要求，它的实用性和技术优势是传统测绘仪器设备所没有的，因此，它在隧道工程中的应用越来越广泛。
二、GPS的工作原理和测量优点
2.1 工作原理
接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）组成了GPS用户设备。选择有一定卫星高度截止角的待测卫星信号，利用接收机捕获信号，跟踪卫星运行，并对信号进行处理，如交换放大，再在计算机和相应软件上进行数据处理。根据测量中的距离交会原理，经基线解算、网平差，解算出接收机中心（测站点） 的三维坐标。
2.2 测量优点
GPS技术所具备的优势主要通过以下六个方面体现：观测时间短、定位精度高、成本费用少、操作简便、无环境限制全天候作业以及提供三维坐标成果。
传统的测量工作在建立隧道工程作业控制网时，三角测量法是最常用的方法。但是在实际应用过程中，很多因素往往会限制传统测量方法的使用，比如通视条件不足，地形地貌限制【2】。在隧道工程中，隧道工程多半在山区，地形地貌条件很复杂。因此，应用GPS 技术实际上是一种高效简便的测量手段。比如秦岭隧道等国家重点隧道工程中就已经采用GPS测量技术【3】。它为工程项目节约了经济成本和作业时间以及人力物力，产生的社会效益是无法估量的。
三、GPS控制网在隧道工程测量中的布设原则
隧道控制测量特点包括坐标系独立、基准面为重力水准面、基准线为垂线三点等。针对这些特点，GPS在隧道控制网中有一套独特的控制点布设原则【4】。
1）保持统一坐标系。
2）保持控制点高程面的统一。
3）保证信号良好。
4）在洞口处布设控制点。为了保证安全工作，应该在隧道中的任意进洞处布两个或两个以上的能互相通视的GPS 控制点。一个是定向点，另一个是洞口投点。当然，三个控制点为最佳。
5）布设控制点时，直线与曲线隧道的要求不一样。为了方便建立作业坐标系，直线隧道的中心线上应布设两个控制点。而为了准确计算施工放样数据，曲线隧道的每一切线上都应布设两个控制点。
6）最好在施工进洞处就布设洞口投点，便于GPS观测。
观测前需要注意GPS仪器使用的注意事项，选择好最佳观测时段，保证接收信号的质量。
四、工程实践中GPS测量的应用总结
1）GPS测量应用虽然应用广泛，但是仍不能完全取代传统测量方法，因为它具有一定的前提条件。因此，要根据实际情况进行测量技术方法的选择。
2）GPS接收机观测过程实现了智能化、自动化，但由于观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量将会影响观测质量，因此应严格按相关要求选择最佳观测时段和观测点位， 杜绝移动电话等干扰信号的设备的使用。
3）由于起算数据的精度在测量成果的质量中影响甚大，因此在联测足够多的水准高程点之外，起算点的点位精度必须足够高。
4）建立首級控制网。精度控制高的首级控制网，才能保证GPS技术能够高精度完成各项作业。
5）平差过程中要注意GPS的计算设置。可以通过增加高度截止角、调整历元间隔等方法来提高基线向量的解算精度。
6）可以通过在网内布设一级光电测距导线网，计算测距导线坐标的闭合相对精度，来检验重点工程GPS控制网的测量成果。
越来越多的实际隧道测量作业表明，GPS隧道控制网能满足隧道贯通精度的要求。比如南山隧道洞外控制网平面坐标成果【5】，平差后的最弱边、最弱点的精度完全满足《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314——2001中的限差要求。做好充分测量前的工作准备，设计出优秀的测量方案，正确分析与评价GPS控制网，评定好各项精度指标，实际测量数据的精准度才能够得到保障，才能将估算数据域隧道贯通后的实际情况的差异保持在可控范围，用数据来证明GPS在隧道控制测量中的巨大优势。
参考文献
[1]肖书安.国外隧道施工测量技术的现状和发展.Amberg Measuring Technique Lid.Regensdorf，Switzerland CH8105.
[2]高小六，李永泉.GPS 在隧道平面控制测量中的应用与精度分析[J].城市勘测， 2009（3）：40-51
[3]郭志强.基于GPS的秦岭特长隧道控制测量技术研究[J]. 科技资讯， 2009（15）：67-69.
[4]肖建洋.GPS技术在隧道测量中的应用研究.市政·交通·水利工程设计. 1007-9467（2012）06-0147-03
[5]宫国伟.GPS控制网在大连南山隧道测量中的应用.民营科技2010年第6期.