第二章公路勘测
第2-1节测量符号
测量符号可采用英文字母（国家标准或国际通用）或汉语拼音字母（国家标准）表示。当该项工程需引进外资或国际招标项目时，应采用英文字母；国内招标时可采用汉语拼音字母。每一公路项目应采用一种符号。常用公路测量符号如表6.1-1所示。
公路测量符号表2-1
续上表
续上
第2-2节 测量标志和记录
一、测量标志
1.标志的种类和用途 （1）主要控制桩
主要控制桩是指需要保留较长时间、反复用于 各设计阶段和施工期间的控制性标志，主要有GPS 点、三角点、导线点、水准点、桥隧控制桩、互通立交控制桩等。主要控制桩应为预制或就地浇筑混凝土桩，其材料及规格如图6.2-1所示；当有整体坚固岩石或建筑物时，可设置在岩石或建筑物上。
（2）一般控制桩
一般控制桩主要包括交点桩、转点桩、平曲线
控制桩、路线起终点桩、断链桩及其他构造物控制桩等。一般控制桩为5cm ×5cm ×（30~50）cm 或直径为5cm 的木质桩。
（3）标志桩
标志桩主要用于路线中线上整桩、加桩和控制桩的指标桩。标志桩为（4~5）cm ×（1~1.5）cm ×（25~30）cm 的木质或竹质桩。
2.标志的埋设
（1）主要控制桩应选在基础稳定且易于长期保存的地点，埋入地下，桩顶应高出地面1~5cm ，并加设指示桩。
（2）一般控制桩应打入地下，其顶面与地面齐平，并加设指示桩。
（3）标志桩应打入地下15~25cm ，桩顶应露出地面5cm 。标志桩作为中线桩时，书写桩号面应面向路线起点方向；作为交点桩桩、导线桩、三角点和曲线控制桩的指示桩时，应钉设在控制桩外侧25~30cm ，书写桩，号应面向被指示桩。
（4）主要控制桩为混凝土桩时，应设中心标志，中心标志须面用精细十字线刻成中心点；位于岩石或建筑物上时，应凿成坑穴，埋入中心标志并浇灌混凝土。一般控制桩的木质方桩应钉小钉表示点位。位于岩石或建筑物上的中桩，应用红油漆标注“○”9直径5cm ）记号。
（5）改建公路测量时，柔性路面地段可用铁钉打入路面与路面齐平；刚性路面可用红油漆作标记；并均在路肩上钉设指示桩。
3.标志的书写
（1）所有桩志应采用黑色或红色油漆书写桩志名称及桩号。
（2）位于岩石或建筑物上的标志，应将岩石或建筑物表层刮干净，并在点位符号的旁边用红色油漆书写标志的名称及桩号。
（3）交点桩、转点桩、曲线控制桩、公里桩、百米桩的指示桩等应写出里程号，不得省略。
（4）导线桩、交点桩、三角点桩、GPS 点桩等应按各自的顺序连续编号。所有中线桩的背面应按1~10循环编号。
图6.2-1 主要控制桩材料及规格尺寸单位：cm
（5）有比较方案时，按比较方案的顺序，桩号前应冠以A 、B ……字样，并钉出起点桩和终点接线桩，在终点桩上还应标出与正线接线的相应里程桩号及断链长度。分离式路基测量，其左右侧路线桩号前应冠左右字母符号，并以左侧路线为准计算全程连续桩号。
4.水准点桩
（1）水准点桩应为混凝土桩，其材料与规格如图6.2-2所示。混凝土桩可预制，也可就地浇筑。
（2）位于山区岩石地段的水准点桩也可利用坚硬稳固的整体岩石凿成凸面；在有牢固永久性建筑物可利用时，可在建筑物的顶面凸出处设置，点位应用红油漆面上“回”（8cm ×10cm ）记号。混凝土水准点桩顶面的钢筋应锉成球面，水准点桩与主要控制桩共用时，宜按水准点桩要求设置，其球形顶面应刻成“＋”字记号。
（3）水准点桩应按顺序编号，用红油漆书写。定测时尽量利用初测水准点，如初测水准点丢失或需迁移而新设水准点时，前面应冠以D ；如同一编号水准点需增加，增加的水准点后应冠A 、B ……。
（4）水准点应写明测设单位及埋设的年月。 5.标志的保护
（1）主要控制桩、水准点桩，测量完毕后应埋设40cm ×40cm ×40cm 土堆和石堆并利用明显参照物作为指向标志，现场绘制固定标志简图。
（2）一般控制桩的交点桩、转点桩、路线起点桩及其它控制点桩，可采用标明附近的建筑物、电线杆、大树、岩石等方向及距离方式填写固定桩志表，也可采用堆土堆、石堆，或采用混凝土包桩方式予以保护。
6.标旗
在测量作业过程中，凡导线点、三角点、交点、转点、水准点等，应设置标旗。标旗可采用红白旗，或根据不同用途，采用不同颜色的标旗。标旗设置的高度一般为2m 。
二、测量记录 （1）公路勘测的各种记录簿，应采用专用记录簿；
（2）没量记录应现场立即记录，字迹要清楚、整齐，不得擦改、转抄； （3）当记录发生错误时，应用横道线整齐划去原记录的错误数字或文字，重新记录正确的数字或文字；如测站发生错误，应划去该页，另页记录，并在划去页中加注说明；
（4）统一的标准记录簿中所规定的项目，应逐项记录齐全，说明及草图要精练准确；
图 6.2-2 水准点桩材料及规格尺寸单位：cm
（5）采用电子计算机记录时可按现行的《测量外业电子记录基本规定》执行，并应打印出与手薄相同的内容及各项计算成果附于记录簿中；
（6）测量结果后，应及时整理、检查所有成果和计算是否符合各项限差及技术要求，经复核人员复核无误并签署后，方能交付使用。计算工作采用电子计算机时，对输入的数据应进行核对，计算的打印成果亦应进行校验；
（7）测量完毕后，各种记录簿应编页、编目、整理，并由测量、复核及主管人员签署。
第2-3节平面控制测量
一、一般规定
1.平面控制网布设原则
公路平面控制测量包括路线、桥梁、隧道及其它大型建筑物的平面控制测量等，平面控制网的布设应符合因地制宜的原则。
2.平面网主控网
路线平面控制网是公路平面控制测量的主控网，沿线各种工点平面控制网应联系于主控制网上，主控制网宜全线贯通，统一平差。
3.平面控制网的建立
平面控制网可采用全球定位系统（GPS）测量、三角测量、三边测量和导线测量等方法建立。平面控制测量的等级，应采用三角测量、三边测量时依次为二、三、四等和一、二级小三角；当采用导线测量时依次为三、四等和一、二、三级导线。
4.平面控制网的主控网
各级公路、桥梁、隧道及其它建筑物的平面控制测量等级应符合表 6.3-1的规定。
平面控制测量等级表6.3-1
5.大地坐标系
大地坐标系主要有GPS所用的WGS-84坐标系、1980西安坐标系和1954北京坐标系。
（1）WGS-84坐标系的地球椭球基本参数、主要几何和物理常数
①地球椭球基本参数
长半径a=6378137m
地球引力常数（含大气层）GM=3986005×108m3/S2
=-484.16686×10-6
二阶带谐系数G
2.0
地球自转角速度ω=7292115×10-11rad/s
②主要几何和物理常数
短半径b=6356752.3124m
扁率a=1/298.247223563
第一偏心率平方e2=0.00669437999013
第二偏心率平方e’2=0.0066739495642227
=62636860.8497m2/s2
椭球正常重力位u
赤道正常重力g
=9.8703267714m/s2
e
（2）1980西安坐标系的参考椭球基本参数、主要几何物理常数
①地球椭球基本参数
长半径a=6378140m
地球引力常数（含大气层）GM=3986005×108m3/s2
二阶带谐系数J
=1082.63×10-6
2
地球自转角速度ω=7292115×10-11rad/s
②主要几何和物理常数
短半径b=6356755.2882m
扁率a=1/298.257
第一偏心率平方e2=0.00669438499959
第二偏心率平方e’2=0.00673950181947
=62636830㎡/s2
椭球正常重力位u
赤道正常重力g
=9.870318/s2
e
③大地原点
西安市以北60km的陕西泾阳县永乐镇，称之为西安原点。大地原点的坐标是利用1954北京坐标系的坐标（按新测的原点网推算），并按定位参数转换的坐标。
④高程基准
采用1985国家高程基准，该高程基准是以青岛验潮站1956年黄海平均海水面为高程起算点，水准原点高出黄海平均海水面72.289m。
（3）1954北京坐标系参考椭球基本几何参数
长半径a=6378245m
短半径b=6356863.0188m
扁率a=1/298.3
第一偏心率平方e2=0.006693421622966
第二偏心率平方e’2=0.006738525414683
高程基准是青岛验潮站1956年黄海平均海水面。
6.平面控制网坐标
平面控制网坐标系的确定，宜满足测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km。根据测区所处地理位置和平均高程，可按下列方法选择坐标系：
（1）当投影长度变形值不大于2.5cm/km时，采用高斯正形投影任意3°带平面直角坐标投影系；
（2）特殊情况下，当投影长度变形值大于2.5cm/km时，可采用；
①投影于1954年北京坐标系或1980西安坐标系椭球面上的高斯正形投影任何带平面直角坐标系；
②投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3°带平面直角坐标系统；
③投影于抵偿高程面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系统；
（3）二级和二级以下的公路、独立大桥、隧道等，可采用假定坐标系。
7.大型构造物的控制网
大型构造物控制网与国家或路线控制网进行联系，且其等级高于国家或路线控制网时，应保持基本身的精度。
二、三角测量的主要技术要求
1.三角测量技术规定
三角测量的技术要求应符合表6.3-2的规定。
三角测量的技术要求表6.3.2
2.控制网的角度
各等级控制网应布设为近似等边三角形的网（锁），三角形内角一般不小于30°，受限制时亦不应小于25°。
3.加密网可采用插点的方法
交会插点点位应在高等三角形的中心附近。同一插点各方向距离之比不得超过1：3。对于单插点，三等点应有六个内外交会方向测定，其中至少有两个交角为60~120的外方向；四等点应有五个交会方向，图形欠佳时其中应有外方向。对于双插点，交会方向数应两倍于上述规定（其中包括两待定点间的对向观测方向）。
4.小三角布设要求
一、二级小三角可采用线形锁，线形锁宜近似于直伸，传距角应＞40°且＜100°，三角形的个数不得多于8个，超过8个时，应增加基线边。
三、三边测量的主要技术要求
三角测量具体规定如下：
（1）三边测量的技术要求应符合表6.3-3规定。
三边测量的技术要求表6.3-3
（2）各等级三角边网的起始边至最远边之间的三角形个数不宜多于10个。
（3）三边网宜布设为近似等边三角表，各三角表的内角不应大于100°和小于30°，受限制时也不应小于25°。
（4）四等以上的三边网，宜在网中选择接近100°的角，以相应等级三角测量的测角精度进行观测作为检核。其检核的限差应符合规定。
四、导线测量的技术要求
（1）导线测量的技术要求应符合表6.3-4的规定。
导线测量的技术要求表6.3-4
注：其中n为测站数。
（2）导线应尽量布设成直伸形状，相邻边长不宜相差过大。
（3）当导线平均边长较短时，应控制导线边数。当导线长度小于表 6.3-4规定长度的1/3时，导线全长的绝对闭合差不应大于13cm；如果点位中误差要求为20cm时，不应大于52cm。
五、GPS控制网的技术要求
1.GPS控制网分级及技术标准
（1）根据公路及特殊桥梁、隧道等构造物的特点及不同要求，GPS控制网分为一级、二级、三级和四级共四个等级。各级GPS控制网的主要技术指标规定列于表6.3-5。
GPS 控制网的主要技术指标 表6.3-5
注：各级GPS 控制网每对相邻点间的最小距离应不小于平均距离的1/2，最大距离不宜大于平均距离的2倍；特殊构造物是指对测量精度有特殊要求的桥梁、隧道等构造物。
（2）GPS 控制网相邻点间弦长精度按式（6.3-1）计算：
σ）= a +b d （2
2
（6.3-1）
式中：σ——弦长标准差（mm ）； a ——固定误差（mm ）； b ——比例误差（ppm ）； d ——相邻点间的距离（km ）。
2．GPS 控制网设计
（1）GPS 控制网布设应根据公路等级及精度要求、沿线地形地物、作业时卫星状况等因素进行综合设计。
（2）GPS 测量采用的WGS-84坐标系需转换到平面坐标系，当投影长度变形不大于2.5cm/km 时，可直接转换到国家1954北京坐标系或1980西安坐标系；当投影长度变形值大于2.5cm/km 时，可转换到公路抵偿坐标系。公路抵偿坐标系除可移动中央子午线外，还可选择自己的参考椭球。但所采用的椭球中心、轴向和扁率应与国家参考椭球相同。
坐标系的转换关系是根据两坐标系公共点的坐标来确定的。
GPS 控制采用公路抵偿坐标系进行坐标转换时，应确定以下技术参数：①参考椭球的基本参数；②中央子午线精度值；③纵横坐标的差值；④投影面正常高；⑤测区平均异常值；⑥起算坐标及起算方位角。
公路路线过长时，可视需要将其分为多个投影带，并在各分带交界附近布设一对相互通视的GPS 点。
（3）同一公路工程项目中的特殊构造物的测量控制网，应同该项目的整个控制网一次完成设计、施测和平差。当特殊构造物测量控制网的等级要求高时，应以其作为首级控制网，先将首级控制网平差。然后将首级控制网点作为该项目整个控制网（次级网）的固定点，参与次级网的平差。为提高整个GPS 控制网的精度，也可首级控制网直接作为施工进行统一平差，但平差后的精度应满足首级控制网的精度要求。
（4）当GPS控制网作为公路首级控制网，且需采用其他测量方法进行加密时，应每隔5km设置一对相互通视的GPS点。当GPS首级控制网直接作为施工控制网时，每个GPS点至少应与一个相邻点通视。
（5）GPS控制网应由一个或若干个独立观测环构成，并包括较多的闭合条件。GPS控制网由非同步GPS观测边构成多边形闭合环或附合路线时，其边数应符合下列规定：①一级GPS控制网应不超过5条；②二级GPS控制网应不超过6条；③三级GPS控制网应不超过7条；④四级GPS控制网应不超过8条；
（6）一、二级GPS控制网应采用网连式、边连式布网；三、四级GPS控制网采用铰链导线式或点连式布网。GPS控制网中不应该出现自由基线。
（7）GPS控制网应同附近等级高的国家平面控制网点联测，联测点数应为不少于3个，并力求分布均匀，且能控制本控制网。当GPS控制网较长时，应增加联测点的数量。路线附近具有等级高的GPS点时，应予以联测。
同一公路工程项目的GPS控制网分为多个投影带时，在分带交界附近应同国家平面控制点联测。
（8）GPS点需要进行高程联测时，可采用使GPS点与水准点重合，或GPS点与水准联测的方法。平原、微丘地形联测点的数量不少于6个，必须大于3个，联测点的间距不宜大于20km，且应均匀分布；重丘、山岭地形联测点的数量不宜少于10个。
各级GPS控制网的高程联测应不低于四等水准测量的精度要求。
3.GPS控制网观测
（1）技术指标
（2）观测计划
①进入测区前，应事先编制GPS卫星可见性报表，预报表应包括可见卫星号、卫星高度角、方位角、最佳观测星组、最佳观测时间、点位图形强度因子、概略位置坐标、预报历元、星历龄期等。
②观测作乐前，应根据接收机台数、GPS图形、卫星可见性预报表编制观测计划。在实施中，应依照实际作业情况，及时作出调整。
③观测作业后，应及时绘制联测草图以备后续作调度使用。 （3）作业要求
①观测组必须执行调度计划，按规定的时间进行同步观测作业。观测人员必须按照GPS 接收机操作手册的规定进行观测作业
②天线安置在脚架上直接对中整平时，对中精度为1mm 。天线安置在占见标上时，应将标志中心投影至基板上，然后在基板上对中整平。如现标项部对信号有干扰，应卸去。
③每时段观测应在测前、测后分别量取天线高。两次天线高之差应不大于3mm ，并取平均值作为天线高。观测时应防止人员或其它物体触动天线或遮挡信号；
④接收机开始记录数据后，应随时注意卫星信号和信息存储情况。当接收或存储出现异常时，应随时进行调整，必要时应及时通知其它接收机以调整观测计划；
⑤在现场应按规定作业顺序填写观测手簿，不得事后补记。经检查所有规定作业项目全部完成，且记录完整无误后方可迁站；
⑥每日观测结束后，应将外业数据文件及时转存到磁盘上，不得作任何剔除或删改。磁盘应贴好标签，并妥善保存。
4.GPS 基线解算和检核
（1）基线解算中所需的起算点坐标，可按下列顺序选用： ①国家或其它等级高的GPS 控制网点的既有WGS-84坐标值； ②国家或其它等级高的控制点转换至WGS-84后的坐标值； ③GPS 单点定位观测2h 以上的平差值提供的WGS-84坐标值；
（2）当GPS 控制网点间距离小于20km 时，可不考虑对流层和电离层的修正；当大于20km 时，每时段应于始、中、终各观测一次气象元素，并采用标准模型加入对流层和电高层的修正。
（3）采用M 台接收机同步观测时，每一时段应解算出M （M －I ）/2条GPS 基线向量边，并计算出该观测时间段的同步环坐标分量团合差。当各基线的同步观测时间超过观测时间段的80%时，其闭合差值应符合式（6.3-5~8）的要求。 Wx ≤（n /5）σ （6.3-5） Wy ≤（n /5）σ （6.3-6） Wz ≤（n /5）σ （6.3-7） W=≤
2
W W W x y z ＋＋2
2
σ（3n /5）σ （6.3-8）
式中：W ——同步环坐标分量闭合差（mm ）；
σ——弦长标准差（mm ）；
n——同步环中的边数。
当各基线同步观测时间为观测时间段的40%~80%时，其同步环坐标分量闭合差可适当放宽。
当各基线同步观测时间不少于观测时间段的40%时，应按异步环处理。
（4）由独立观测边组成的异步环的坐标分量闭合差应符合式（6.3-9~12）的规定。
Vx≤3nσ（6.3-9）
Vy≤3nσ（6.3-10）
Vz≤3nσ（6.3-11）
V≤33nσ（6.3-12）
式中：V——异步环坐标分量闭合差（mm）；
σ——弦长标准差（mm）；
n——同步环中的边数。
当网中有两个或两个以上已知点时，应按上式计算已知点之间的附合闭合差。
（5）同一条边任何两个时段的成果互差，应小于GPS接收机标称精度的22倍。
（6）当检查或数据处理时发现观测数据不能满足要求时，应对成果进行全面的分析，并对其中部分数据进行补测或重测，必要时全部数据应重测。
5.GPS控制网平差计算
（1）平差时应首先以一个点的WGS-84系坐标作为起算依据进行无约束平差，检查GPS基线向量网本身的内符合精度、基线向量间有无明显的系统误差，并剔除含有粗差的基线边。
（2）当用M台接收机同步观测时，应从计算出的M（M-1）/2条GPS观测边中选取（M-1）条边参加GPS网平差计算。选取的原则是：①独立的观测边；②网形构成非同步闭合环，不应存在自由基线；③必须不含明显的系统误差；④组成的闭合环基线数和异步环长度应尽量小。
（3）在进行GPS控制网平差前，应根据实际需要选定起算数据和相应的地面坐标，并应对起算数据的可靠性及精度进行检查分析。
（4）GPS控制网可以采用三维约束平差或二维约束平差法。约束平差时，约束点的坐标、距离或方位均可作用强制约束的固定值，也可作为加权观测值。当采用三维约束平差时，可只假定一个点的大地高作为高程起算数据。当采用二维约束平差时，应先将三维GPS基线向量转换为二维基线向量。
（5）当GPS控制网分为多个投影带，且在分带交界附近联测国家控制点时，
可分片进行平差。平差时应有定数量的重合点，重合点位互差不得大于两倍的点位中误差。
（6）平差结果应输出所选直角坐标系的三维或二维坐标、基线向量改正数、基线长、方位、点位精度、转换参数及其精度，并财时输出单位权中误差及其它要求输出的内容。
（7）为计算GPS控制网点的正常高，先利用已联测高程的GPS点正常高和经GPS控制网平差得到的大地高，求其高程异常值，然后采用拟合或插值等方法求其它GPS点的高程异常值和正常高。
六、平面控制网的设计
1.平面控制网的设计，应收集公路沿线已有的测量资料，在现场踏勘和周密调查研究的基础上进行。
2.平面控制点位置的先定应符合下列要求；
（1）相邻点之间必须通视，点位能长期保存；
（2）便于加密、扩展和寻找；
（3）观测视线超越（或旁离）障碍物应在.1.3m以上；
（4）平面控制点位置应沿路线布设，距路中心的位置宜大于50m且小于300m，同时应便于测角、测距及地形测量和定测放线；
（5）路线平面控制点的设计，应考虑沿用线桥梁、隧道等构造物布设控制网的要求。在大型构造物的两侧应分别布设一对控制点。
七、水平角观测
1.观测水平角仪器要求
水平角观测应采用不低于DJ
6
型经纬仪，使用前应进行下列检验：
（1）照准部旋转轴正常，各位置气泡读数较差，DJ
1
型经纬仪不得超过两格；
DJ
2
型不得超过一格；
（2）光学测微器行差与隙动差，DJ
1型经纬仪不得大于1”； DJ
2
型不得大
于2”；
（3）垂直微动螺旋使用时，视准轴在水平方向上不得产生偏移；
（4）照准部旋转时，仪器底座位移所产生的系统误差，DJ
1
型经纬仪不得大
于0.3”； DJ
6
型不得大于1.0”；
（5）水平轴不垂直于垂直轴之差，DJ
1型经纬仪不得大于10”； DJ
2
型不得
大于15”； DJ
6
型不得大于20”；
（6）光学对点器的对中误差不得大于1mm。
2.水平角方向观测的作业要求
（1）水平角观测方向数不多于3个时可不归零，各测回应均匀地分配在度盘和测微器的不同位置上；
（2）水平角方向观测应在通视良好、成像清晰稳定时进行，全部测回宜在一个时间段内完成；
（3）观测过程中，气泡中心位置偏离不得超过1格；气泡偏离接近1格时，应在测回间重新整置仪器；
型经纬仪不得大于（4）在观测过程中，两倍照准差（2c）的绝对值，DJ
1
20”； DJ
型不得大于30”；
2
（5）当方向总数不超过6个时，可分两组观测，每组方向数应大致相等，且包括两个共同方向（其中一个为共同零方向）。其共同方向之间的角互差应不超过本等级测角中误差的两倍；
（6）当观测方向超过3个时，在观测过程中某些方向的目标不清晰，可以先放弃，待清晰时补测。在测回中放弃的方向数不得超过应观测方向数的1/3，放弃方向补测时，应在原基本测回测完后进行，可只联测零方向；如全部基本测回测完，右的方向一直没有观测过，对这些方向的观测应按分组观测处理。
3.水平角观测
四等以上导线水平观测，应在总测回以奇数测回和偶数测回分别观测导线前进方向的左角和右角。左角平均值与右角平均值之和应等于360°，其误差值不应大于测角中误差的两倍，一级以下导线可只测右角。
4.归心元素的测定
当联测高标架或不稳固的控制点时，应测定归心元素。测定时，投影示误三角形的最长边，对于标石，仪器中心的投影不应大于5mm；对于照准圆筒中心的投影不应大于10mm。投影完毕后，除标石中心外，其他各投影中心均应描绘两个测回方向。角度元素应量至15’，长度元素应量至1mm。
5.水平角观测各项限差规定
水平角观测法各项限差，应符合表6.3-7的规定。
水平方向观测法的各项限差表6.3-7