基于南方GPSRTK在道路設(shè)計施工放樣過程中的應(yīng)用分析

■徐鳳玲，何有剛，靳合波■.山東省國土測繪院，山東 濟(jì)南 5003；.青島理工大學(xué)（臨沂）工程管理系，山東 臨沂 73400

隨著我國十三五規(guī)劃的實施，國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，國家建設(shè)加快，其中山東省藍(lán)色經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的建設(shè)，規(guī)劃主體區(qū)范圍由山東全部海域和青島、煙臺、威海，濰坊，淄博城市所屬陸域，海域面積15.95萬平方公里，陸域面積6.4萬平方公里。自2015年開始青島至濟(jì)南的高速鐵路、濟(jì)青高速擴(kuò)建相繼進(jìn)入了施工階段，山東省各城市都行了大量的道路規(guī)劃設(shè)計以及施工，以此突破GDP的上升。

傳統(tǒng)的道路施工定位技術(shù)是全站儀和鋼尺的聯(lián)合使用，操作復(fù)雜、工程效率較慢、尤其是面臨長距離的道路施工定位誤差累積較大。GPSRTK的使用可以提高施工的速度，并且可以進(jìn)行多個工作面同時施工，相互之間不受干擾，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量得到了保障［1，2，3］。

由于道路施工費用比較高，按照工程的分包原則可以通過招標(biāo)進(jìn)行工程分包。在道路整體控制測量之后，所有施工單位共同應(yīng)用同一套坐標(biāo)系下的中樁和控制數(shù)據(jù)。本文主要針對道路放樣“直線、曲線及轉(zhuǎn)角一覽表”從中間進(jìn)行設(shè)計的方法進(jìn)行研究，通過與已知中樁數(shù)據(jù)對比分析，得出中間計算中樁數(shù)據(jù)的方法可用，能夠為其他類似工程建設(shè)提供技術(shù)支持。

1 南方銀河GPSRTK定位技術(shù)

南方銀河GPSRTK定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和移動站組成，可以形成1對1或者1對多的工作模式.基準(zhǔn)站安置在未知點或者已知點上面，要求周圍盡量沒有遮擋的物體和信號干擾的發(fā)射塔等，通過觀測衛(wèi)星及時向移動站發(fā)射坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以此實施相對定位。此方法在工程定位工作得到了廣泛的應(yīng)用［4］。具體工作原理圖如圖1。

圖1 GPSRTK測量原理圖

2 曲線道路設(shè)計

2.1 道路設(shè)計緩和曲線原理

緩和曲線是直線與圓曲線，圓曲線與圓曲線之間設(shè)置的曲率連續(xù)變化的曲線。緩和曲線是道路平面線形要素之一，它是設(shè)置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線［5，6，7］。在除了現(xiàn)代高速公路，各大城市的各級別道路的建設(shè)上，緩和曲線的應(yīng)用也十分廣泛。

圖2 緩和曲線要素圖

從圖2可以得出，緩和曲線的測設(shè)主要可以分成三個部分：直線段的測設(shè)；緩和曲線段的測設(shè)；圓曲線段的測設(shè)。在緩和曲線的測設(shè)過程中，需要計算緩和曲線常數(shù)、切線角、切垂距、內(nèi)移距；緩和曲線要素，切線長、曲線長、外矢距、切曲差；以及緩和曲線的主點，直緩點、緩圓點、曲中點、緩直點、圓緩點。

2.2 道路設(shè)計計算流程

南方銀河GPS中的“道路設(shè)計”功能是道路圖形設(shè)計工程中常用的工具，道路設(shè)計元素一般包括圓曲線、緩和曲線和直線等要素，公路在建設(shè)之前由勘察設(shè)計部門經(jīng)過道路所經(jīng)線路大比例尺地形圖測繪之后進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，得到道路的參數(shù)數(shù)據(jù)以及中樁坐標(biāo)?？辈旆艠忧熬托枰褂玫缆吩O(shè)計，將設(shè)計方提供的坐標(biāo)參數(shù)元素在軟件中輸入生成道路設(shè)計文件，使用該道路設(shè)計文件進(jìn)行勘測放樣作業(yè)［8，9，10］。

2.3 GPS手簿設(shè)計方法

南方測繪銀河系列GPS接收機(jī)手簿內(nèi)有針對各種曲線的道路設(shè)計程序，具體的設(shè)置程序有交點法和元素法，針對工程設(shè)計部門提供的道路設(shè)計元素曲線表進(jìn)行手簿設(shè)置，計算出各中樁點的三維坐標(biāo)，與原有坐標(biāo)進(jìn)行對比分析，誤差在允許范圍之內(nèi)，利用GPS接收機(jī)進(jìn)行位置定位，也就是中樁放樣。

3 案例分析

3.1 設(shè)計坐標(biāo)與計算坐標(biāo)不符

南方道路放樣設(shè)計rod文件時，從起點處輸入一直到終點，完全輸入設(shè)計要素，生成的道路文件是直接可以使用，生成逐樁坐標(biāo)的，可以直接進(jìn)行道路放樣。但是有時同一份道路設(shè)計書供幾個標(biāo)段同時使用，每個標(biāo)段只用設(shè)計書中的一部分要素信息，這時無論是用元素法還是交點法，需要進(jìn)行稍微處理一下輸入信息，從設(shè)計書中間點位進(jìn)行輸入，否則直接輸入會導(dǎo)致設(shè)計坐標(biāo)跟圖紙不符。

3.2 計算方法

以某地道路設(shè)計數(shù)據(jù)為例，從中間截取JD23——JD26的數(shù)據(jù)用交點法進(jìn)行進(jìn)行道路設(shè)計（見表1）。

表1 道路設(shè)計元素表（部分）

本試驗需要用JD23點處第一緩和曲線終點的里程數(shù)減去第一緩和曲線的長度，算出第一緩和曲線的起點ZH的里程。此處第一緩和曲線終點的里程為K256733.483，減去第一緩和曲線的長度303.397，得出ZH點的起點里程為256430.086，根據(jù)設(shè)計圖紙的逐樁坐標(biāo)表，找到就近前一點里程號為256400，那么我們?nèi)藶榻厝?56400到256430.086的長度為30.086的直線加在JD23之前，并以256400處的逐樁坐標(biāo)為此次截取標(biāo)段道路的起點，后面正常輸入，設(shè)計道路文件時以256400為起點里程，間隔按照逐樁坐標(biāo)表設(shè)計為20。

3.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述方法計算得出的中樁坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)進(jìn)行對比分析，結(jié)果如表2。

表2 計算坐標(biāo)對比分析

針對道路放樣“直線、曲線及轉(zhuǎn)角一覽表”從中間進(jìn)行設(shè)計的方法進(jìn)行研究，通過與原有設(shè)計坐標(biāo)對比分析可以得出，南方銀河系列GPS接收機(jī)手簿根據(jù)前面提到的計算方法，試驗得出的中樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)在毫米取整的情況下坐標(biāo)一致。

4 結(jié)論

（1）針對道路放樣“直線、曲線及轉(zhuǎn)角一覽表”從中間進(jìn)行設(shè)計的方法進(jìn)行研究，通過與原有設(shè)計坐標(biāo)對比分析可以得出，南方銀河系列GPS接收機(jī)手簿根據(jù)前面提到的計算方法，計算得出的中樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)在毫米取整的情況下數(shù)值一致。

（2）GPS手簿中樁放樣測量功能大大提高了施工放樣的進(jìn)度，本文的計算方法可以為工程分包測量提供中樁坐標(biāo)計算的理論支持，為其他工程建設(shè)提供技術(shù)支持。

［1］劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)—城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施［J］.武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2003（6）：259-264.

［2］朱建榮，黨仁民，王雪平.GPSRTK在供水管線測量中的應(yīng)用研究［J］.礦山測量，2013（4）：16-18.

［3］秦海濤，何宇翔，萬勇.GPSRTK在高速公路工程測量中的應(yīng)用［J］.公路與汽運，2009（5）：110-112.

［4］徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測量原理及應(yīng)用［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

［5］張慶，李龍，路文利，等.基于VB的全站儀任意設(shè)站曲線測設(shè)程序的實現(xiàn)［J］.地理空間信息，2013，11（1）：135-139.

［6］劉金鳳.全站儀自由設(shè)站法及精度分析［J］.江西測繪，2007（12）：12-15.

［7］吳花鋒.關(guān)于公路非完整緩和曲線簡易計算的應(yīng)用［J］.建筑設(shè)計，2014，43（7）：93-96.

［8］付開隆，韓丹，趙志堅.GPS.RTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用［J］.礦山測量2007（02）：80-83.

［9］劉娟.GPS及其在公路測量中的應(yīng)用［J］.山西交通科技，2006（03）：15-17.

［10］劉茂海.GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用［J］.呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報，2004（01）：113-114.