道路工程測(cè)量中GPS-RTK的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

張克銘

（中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650000）

引言

1 工程概況

我市某公路工程項(xiàng)目，起點(diǎn)K0+000，止點(diǎn)K40+471.078，道路工程分主線、景觀步道兩條道路，主線全長(zhǎng)40.47kin，等級(jí)為I級(jí)主干道，景觀步道全長(zhǎng)24.71km，為Ⅲ級(jí)次干道。內(nèi)容包括：1)路基土石方量：挖方、填方。2)軟基礎(chǔ)工程：CFG樁、碎石墊土層、土工格柵。3)橋涵工程大、中、小橋梁及涵洞。4)路面工程。5)截污干渠

2 儀器使用

本次測(cè)量使用的GPS-RTK采用南方品牌S82RTK系列儀器，該系統(tǒng)采用超長(zhǎng)距離RTK技術(shù)，第三代GPS衛(wèi)星L5信號(hào)接收技術(shù)，預(yù)留GLONASS信號(hào)通道可升級(jí)為雙頻雙星系統(tǒng)。靜態(tài)后處理精度：平面，±2.5mm+1ppm；高程，±5.0 mm+1ppm；RTK定位精度：平面，±1 cm+1ppm；高程，±2cm+1ppm。全站儀采用徠卡LEICATC802全站儀；測(cè)角精度：±2″；測(cè)距精度：±(2mm+2ppm×D)。

3 測(cè)量實(shí)施

采用GPS靜態(tài)觀測(cè)進(jìn)行E級(jí)網(wǎng)首級(jí)控制，加密GPS點(diǎn)53個(gè)，復(fù)測(cè)已知點(diǎn)l4個(gè)，各項(xiàng)操作嚴(yán)格按照GPS測(cè)量規(guī)范要求施測(cè)。后期使用南方測(cè)繪Gps數(shù)據(jù)處理軟件經(jīng)過(guò)基線處理和平差解算，GPS網(wǎng)的同步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差、最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、最弱邊相對(duì)中誤差、邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差等項(xiàng)精度指標(biāo)均符合規(guī)范要求，復(fù)測(cè)成果與原成果相差甚微。并對(duì)所有加密的GPS點(diǎn)按照四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范測(cè)量。使用北京清華山維平差程序進(jìn)行水準(zhǔn)平差計(jì)算，獲得最后的加密點(diǎn)平高成果。

3.1 橫斷面復(fù)測(cè)比較

橫斷面復(fù)測(cè)的主要目的是計(jì)算填方、挖方土石量、核實(shí)工程量等。下面以K14+540斷面為例加以探討。

3.1.1 GPS-RTK測(cè)量

1)測(cè)量方法

將設(shè)計(jì)中樁坐標(biāo)傳輸入RTK手簿后，行至K14+540里程工程便道附近，使用南方RTK手簿的工程之星軟件的"點(diǎn)放樣"功能放樣出K14+540中樁位置后實(shí)測(cè)該點(diǎn)高程并記錄，再使用南方RTK手簿工程之星軟件的"交點(diǎn)法定線"程序確定橫斷面左側(cè)延長(zhǎng)線方向，并實(shí)測(cè)記錄路線中地形變換點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)，橫斷面右側(cè)路線斷面測(cè)量同左側(cè)。

2)內(nèi)業(yè)處理方法

內(nèi)業(yè)軟件使用南方CASS7.1for2004版，依次點(diǎn)擊菜單欄中繪圖處理、展野外測(cè)量點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，將RTK測(cè)量所得的點(diǎn)位坐標(biāo)展繪到cass圖上，再依次點(diǎn)擊菜單欄中工程應(yīng)用繪制斷面圖根據(jù)已知坐標(biāo)，提取剛剛展繪的坐標(biāo)點(diǎn)，程序自動(dòng)生成斷面圖。

圖1 GPS-RTK 測(cè)量示意圖

3.1.2 全站儀法一(極坐標(biāo)法)

1)測(cè)量方法

出測(cè)前先將K14+540附近的成對(duì)控制點(diǎn)A17，A16坐標(biāo)及其他中樁坐標(biāo)一并傳輸入全站儀中，在A17處架設(shè)全站儀，設(shè)置測(cè)站點(diǎn)、定向點(diǎn)、儀器高度、棱鏡高度、棱鏡常數(shù)、溫度、氣壓等信息，使用A16點(diǎn)定向無(wú)誤后，進(jìn)入放樣程序后調(diào)取K14十540點(diǎn)及其他點(diǎn)位坐標(biāo)并放樣，在放樣點(diǎn)位做好標(biāo)記。再將儀器遷站架設(shè)到K14+540處，重復(fù)測(cè)站設(shè)置工作，此時(shí)為了確定斷面方向宜使用該斷面臨近點(diǎn)位如K14+560進(jìn)行0°定向(因斷面間距為20m，故忽略斷面中心點(diǎn)落在曲線上的情況，將斷面與中心線夾角統(tǒng)一定義為90°)后，再將儀器旋轉(zhuǎn)90°及270°分別對(duì)橫斷面左幅、右幅進(jìn)行斷面變換點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量并自動(dòng)記錄坐標(biāo)值。

2)內(nèi)業(yè)處理方法同GPS-RTK方法。

3.1.3 全站儀法二(只測(cè)量高程、距離)

1)測(cè)量方法

在事先RTK已經(jīng)放得的逐樁中樁點(diǎn)位架設(shè)儀器，設(shè)置測(cè)站高度(高程已測(cè)得)、儀器高度、棱鏡高度等參數(shù)，再利用臨近的中樁點(diǎn)位定向(定向原則同全站儀方法一)，再將儀器旋轉(zhuǎn)90°及270°分別對(duì)橫斷面左幅、右幅進(jìn)行斷面變換點(diǎn)距離、高程的測(cè)量并記錄在觀測(cè)手簿上，格式為"±距離，高程"。

2)內(nèi)業(yè)處理方法

將實(shí)測(cè)距離、高程值手動(dòng)錄入為*.hdm文件，打開(kāi)CASS7.1，依次點(diǎn)擊菜單欄中工程應(yīng)用繪制斷面圖根據(jù)里程文件，提取剛剛錄入的*.hdm文件，程序自動(dòng)生成斷面圖。

3.1.4 比較

全站儀法一受限于逐樁進(jìn)行放樣、逐樁進(jìn)行測(cè)站設(shè)置(點(diǎn)號(hào)、高程)、定向等因素，此方法還存在測(cè)站定向誤差、放樣誤差等因素；全站儀法二受限于逐樁設(shè)置儀器高度、定向、人工記錄數(shù)據(jù)、內(nèi)業(yè)人工錄人成果等因素。同時(shí)受施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜地形影響(便道填筑高度、施工機(jī)械停放位置、清表垃圾堆積等)會(huì)出現(xiàn)斷面觀測(cè)不通視的情況。

3.2 坡腳線放樣比較

坡腳線放樣的主要目的是控制路基路面寬度、控制各層(碎石土、基層、片石、結(jié)構(gòu)層、面層等)的高度。本例仍以K14+540斷面為例。

1)GPS-RTK測(cè)量方法(如圖l所示)：使用南方RTK手簿工程之星軟件"交點(diǎn)法定線"程序在斷面OA延長(zhǎng)線上大于設(shè)計(jì)路面OA長(zhǎng)度的大至位置B處，實(shí)測(cè)該點(diǎn)位高程，利用B點(diǎn)實(shí)測(cè)高程與A點(diǎn)路面設(shè)計(jì)高程計(jì)算高程差值。

△ab，按照l(shuí)：1.5的坡度比計(jì)算出C點(diǎn)水平距離增量△ac，B點(diǎn)高程對(duì)應(yīng)的距離在RTK測(cè)量結(jié)果中能夠直接顯示，再計(jì)算理論坡腳C點(diǎn)與實(shí)測(cè)B點(diǎn)的放樣距離偏差△bc后按距離偏差值重新放樣，直至確定D點(diǎn)坡腳的實(shí)際位置和高程，并定樁。其過(guò)程大致為實(shí)測(cè)--自動(dòng)計(jì)算--實(shí)測(cè)--自動(dòng)計(jì)算。

2)全站儀法：在控制點(diǎn)上架設(shè)儀器，設(shè)置測(cè)站、定向結(jié)束后，先使用CASIO4800計(jì)算器的XY-2程序計(jì)算出點(diǎn)的坐標(biāo)，再在全站儀中錄入A點(diǎn)坐標(biāo)并使用全站儀的放樣功能放樣出0點(diǎn)、A點(diǎn)位置，再按照OA的延長(zhǎng)線方向任意測(cè)得B點(diǎn)的高程，再利用B點(diǎn)實(shí)測(cè)高程與A點(diǎn)路面設(shè)計(jì)高程計(jì)算高程差值△ab，按照1：1.5的坡度比計(jì)算出C點(diǎn)水平距離增量△ac，B點(diǎn)高程對(duì)應(yīng)的距離可使用全站儀自帶的對(duì)邊測(cè)量程序測(cè)得，再計(jì)算理論坡腳C點(diǎn)與實(shí)測(cè)B點(diǎn)的放樣距離偏差△bc后按距離偏差值重新放樣，直至確定D點(diǎn)坡腳的實(shí)際位置和高程，并定樁。其過(guò)程大致為人工計(jì)算--放樣--實(shí)測(cè)高程--實(shí)測(cè)距離--人工計(jì)算--實(shí)測(cè)，反復(fù)2-3次人工計(jì)算、實(shí)測(cè)過(guò)程。

3)比較：全站儀法受限于反復(fù)人工計(jì)算、全站儀數(shù)據(jù)錄入、放樣，放樣速度慢等因素。

結(jié)束語(yǔ)

該道路工程應(yīng)用中GPS-RTK、全站儀的應(yīng)用比較表明：RTK測(cè)量成果能夠達(dá)到工程測(cè)量規(guī)范的要求，省時(shí)、省力、提高工作效率和節(jié)省工程費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)比較明顯，雖然RTK也存在著一定的缺點(diǎn)，但筆者認(rèn)為隨著GPS-RTK技術(shù)難關(guān)的攻破，國(guó)產(chǎn)儀器自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成熟，移動(dòng)信息技術(shù)在RTK中的融合，儀器價(jià)位的走低以及觀測(cè)精度、速度的提高，RTK能夠?yàn)楣こ虦y(cè)量提供更高的測(cè)量精度，能夠創(chuàng)造更好的社會(huì)效益，普及速度會(huì)越來(lái)越快。

[1]國(guó)家測(cè)繪局測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所.GB/T 18314-2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.