【導讀】路線定線與放樣、中樁測量及斷面測量的內容、要求及測量方法進行介紹。高速公路外業(yè)測量技術具有一定指導作用。

　　

【正文】 有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量 模式 ,兩種定位模式相結合 ,在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、 施工放樣、 監(jiān)理和 GIS(地理信息系統(tǒng) )前端數(shù)據(jù)采集。 RTK 測量系統(tǒng)的 組成 ： 1． GPS信號接收系統(tǒng) 從理論上講 ,雙頻接收機與單頻接收機均可用于實時 GPS測量。但是單頻機進行整周未知數(shù)的初始化需要很長的時間 ,這是實時動態(tài)測量所不允許的 加之單頻機在實際作業(yè)時容易失鎖 ,失鎖后的重新初始化又要占去很多時間。因此 ,實際作業(yè)中一般應采用雙頻機。 2． 數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng) RTK技術的關鍵在于數(shù)據(jù)處理技術和數(shù)據(jù)傳輸技術 ,RTK定位時要求基準 站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù) （ 偽距觀測值、相位觀測值 ） 及已知數(shù)據(jù)傳輸給移動站接收機 ,為把基準站的信息及觀測數(shù)據(jù)一并同時傳輸?shù)揭苿诱? ,并與移動站的觀測數(shù)據(jù)進行實時處理 ,必 須配置高質量的無線通訊設備 無線信號調制解調器 。由于數(shù)據(jù)信息量大 ,必須采用較高的傳輸速度 ,波特率通常要在 9600以上 ,這在無線電 技 術上不難實現(xiàn)。利用數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng) ,移動站可以隨時調閱基準站的工作狀態(tài)和測站的實時信息。這對于保證成果質量和排除觀測中出現(xiàn)的問題十分有利。數(shù)據(jù)實時處理系統(tǒng)基準站將自身信息與觀測數(shù)據(jù) ,通過數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)揭苿?站 ,移動站將從基準站接收到的信息與自身采集到的觀測數(shù)據(jù)組成差分觀測值。在整周未知數(shù)解算出以后 ,即可進行每歷元的實時處理。只要保證鎖定四顆以上的衛(wèi)星 ,并具有足夠的幾何圖形強度 ,就能隨時給出厘米級的 點位精度 因此必須具備功能很強的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已發(fā)展成為多功能的完整系統(tǒng) ,所以能成功地用于實際作業(yè)中 。 4． 2 RTK測量的特點 1． RTK測量技術保留了所有經典的 GPS功能。如靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量等 ,觀測數(shù)據(jù)亦可采用后處理的方式。靜態(tài)測量數(shù)據(jù)后處理的方式 ,是高精度控制測量中的理想方法。由于后處 理定位與實時定位可以同時進行 ,所以能做到彼此互補 ,發(fā)揮各自特長。 2． 經典的 GPS測量因不具備實時性 ,而不能有用來放樣 ,放樣工作還得配備傳統(tǒng)的測量儀器 , RTK測量技術彌補了這一缺陷。放樣精度可達到厘米級。 3． RTK測量的關鍵技術之一是快速解算載波的整周未知數(shù)。用經典的靜態(tài)相對定位法 ,解得整周未知數(shù)并達到足夠精度 ,往往需要 1個小時甚至更長的時間。在 RTK測量中 ,盡管初始化時間和長短受到跟蹤觀測的衛(wèi)星數(shù)、幾何圖形強度、多路徑效應、電離層干擾等諸多因素影響 ,但已可在數(shù)分鐘之內完成。如借助快速動態(tài) 定位 ,約需 3分鐘 ； 如采用動態(tài)環(huán)境下的初始化 ,約需 1分鐘 ； 如在已知點上進行初始化 ,僅有幾秒鐘足夠。這樣 ,測量中即使遇到障礙物 （ 如穿過橋下或通過隱蔽地帶 ） 造成失鎖 ,也可在重新捕獲到衛(wèi)星后數(shù)分鐘內完成整周未知數(shù)初始化 ,繼續(xù)進行測量。 4． 由于 RTK測量成果是在野外觀測時實時提供 ,因此能在現(xiàn)場及時進行檢核 ,避免外業(yè)工作返工 ,例如 ,整周求未知數(shù)初始化情況和測點點位精度等信息均可在作業(yè)現(xiàn)場進行核對。 5． 能夠接收到 GPS信號的任何地點 ,全天 24小時均可進行實時 RTK測量放樣。 6． 完成基準站的設置后 ,整 個系統(tǒng)只需一人持移動站接收杉躁作。也可設置多個移 動站 ,利用同一基準站觀測信息各自獨立開展作業(yè)。 4． 3 RTK在高速公路測量中的應用 4． 3． 1 繪制大比例尺地形圖 高等級公路選線多是在大比例尺 (1∶ 1000 或 1∶ 2020)帶狀地形圖上進行。用傳統(tǒng)方法測圖 ,先要建立控制點 ,然后進行碎部測量 ,繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大 ,速度慢 ,花費時間長。用實時 GPS 動態(tài)測量可以完全克服這個缺點 ,只需在沿線每個碎部點上停留一兩分鐘 ,即可獲得每點的坐標、 高程。結合輸入的點特征編碼 及屬性信息 ,構成帶狀所有碎部點的數(shù)據(jù) ,在室內即可用繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息 ,而且采集速度快 ,因此大大降低了測圖難度 ,既省時又省力 ,非常實用。 4． 3． 2 道路中線放樣 設計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后 ,需將公路中線在地面上標定出 GPS電子手簿中 ,系統(tǒng)軟件就會自動定出放樣點的點位。由于每個點測量都是獨立完成的 ,不會產生累計誤差 ,各點放樣精度趨于一致。我們知道 ,道路路線主要是由直線、 緩和曲線、圓曲線構成。放樣時 ,我們只要先輸入各主控點樁號 ,然后輸 入起終點的方位角 a a2 ,直線段距離 D D2 ,緩和曲線距離 LS LS2 ,圓曲線半徑 R ,這樣就可以很輕松放樣了 ,而且一切工作均由 GPS電子手簿來完成。這種方法簡單實用 ,比起傳統(tǒng)的弦線撥角法要快速得多。另外 ,如果你需要在各直線段和曲線段間加樁 ,只需輸入加樁點的樁號就行了 ,剩下工作由 GPS來完成。 4． 3． 3 道路的橫、 縱斷放樣和土石方量計算 縱斷放樣時 ,先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中 ,生成一個施工測設放樣點文件 ,并儲存起來 ,隨時可以到現(xiàn)場放樣測設 。橫斷放樣 時 ,先確定出橫斷面形式 (填、 挖、 半填半挖 ) ,然后把橫斷面設計數(shù)據(jù)輸入到 電子手簿中 (如邊坡坡度、 路肩寬度、 路幅寬度、 超高、 加寬、 設計高 ) ,生成一個施工測設放樣點文件 ,儲存起來 ,并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設。同時軟件可以自動與地面線銜接進行” 戴帽” 工作 ,并利用” 斷面法” 進行土方量計算。通過繪圖軟件 ,可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖來。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時采集而來的 ,不需要到現(xiàn)場進行縱、 橫斷面測量 ,大大 減少了外業(yè)工作。而且必要時 ,可用動態(tài) GPS 到現(xiàn)場檢測復合 ,這與傳統(tǒng)方法相比 ,既經濟又實用 ,前景又廣闊。 坐標轉換與高程計算 中線上各點的坐標都是在線路坐標系下的數(shù)值，而 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采用的是 WGS84 坐標系 ,因此要把 GPS測量結果實時轉換到線路坐標系中才能使兩者進行比較。另外，由于道路測量一般采用分別建立的平面控制網和高程控制網，來確定地面點的平面位置和高程。因此，在平面位置滿足要求以后，還要確定點的高程信息，而 GPS測得的是大地高，還要將其轉換為水準高，才能進行其它相關測量。 坐標轉換 從 RTK定位原理知，要想流動站得到 精確的國家或地方坐標和高程，一要在基準站輸入 WGS— 84系坐標，二要在流動站輸入 WGS— 84 系與國家坐標系的轉換參數(shù)。 設已有 2點線路坐標為（ x1,y1）、 (x2,y2),該 2點的 WGS— 84坐標為 (X1,Y1,Z1)、（ X2,Y2,Z2） ,將 WGS— 84 坐標以與線路坐標相同的中央子午線和投影面進行高斯投影。由 WGS— 84坐標求得的坐標差 39。x? 、 39。y? ，距離 2239。 39。 39。s x y? ? ? ? ，方位角 ? （ tan? ’ = 39。y? / 39。x? ） .由線路坐標求得的坐標差 x? =x2x1， y? =y2y1,距離 22s x y? ? ? ? 方位角? (tan? = y? / x? )。因此得到 2個坐標系的尺度參數(shù) ? =s/s’ ，旋轉參數(shù) ? =? ? `， 2個坐標系的關系式為： 2121c o s s in 39。s in c o s 39。x x xy y y??? ??? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? （ 8） 若對任一點 i， GPS測得的 WGS— 84 坐標為（ Xi,Yi,Zi），投影后的平面坐標為（ 39。39。,iixy）的坐標差 39。 39。 39。11iix x x? ? ? , 39。 39。 39。11iiy y y? ? ? ，其相應的線路坐標 ( ,iixy)的計算如下： 39。1 139。1 1c o s sinsin c o si ii ixxxyy y??? ????? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? 因此由上式可計算各點在線路坐標系中的坐標。在 進行 RTK作業(yè)時應把參數(shù)輸入到手持機中，并在已知點上進行檢核，以確保其準確性。無論線路坐標系采用的是國家坐標、 城市坐標或工程獨立坐標，該模型均適用。 高程系統(tǒng)與高程轉換 GPS 定位結果是點在 WGS— 84 坐標系的幾何位置，經過坐標轉換后，其中的高程仍為大地高，而大部分工程網要求采用正常高系統(tǒng)，二者的差異是高程異常 ? ，即： HH ???正 或： HH ???正 要將 大地高 H轉換成正常高 H正 ，關鍵是求得精確的高程異常 ? 。目前，大都采用模擬法求解高程異常值 ? 。 通常采用二次曲面函數(shù)對高程異常值 ? 進行曲面擬合，對于 GPS水準聯(lián)測點 kP ，擬合模型可寫為： 220 1 2 3 4 5k k k k k kkkx y x y x y? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中： i? 為待定擬合系數(shù)； k? 為擬合殘差； 00k k k kx x x y y y? ? ? ? ? ?、 ，其中， 0x ， 0y 為參考點的坐標，一般取為重心坐標； kx ， ky ，是 kP 點的平面坐 標，也可 以是 kP 點的大地經度和大地緯度。 如果已有多個 GPS 水準聯(lián)測點，則可用最小二乘法求得擬合系數(shù) i? 為： 1()T TA A A???? 工路工程在縱向有時可達到幾百公里，在橫向上卻一般只有幾十米，在 GPS高程轉換過程中若是利用所有點建立統(tǒng)一的擬合公式于整個測區(qū)，由于線路在某個方向上伸展的范圍較大，其高程異常的變化也就復雜得多，因此無論采用何種擬合算法其整體擬合的精度都不會很高 。若是采用分段擬合，即把整個測區(qū)人為劃分為幾個區(qū)域，利用各個區(qū)域內的重合點建立擬合模型，進而計算該區(qū)域內 GPS點的正常高程，顯然在各區(qū)之間的接合部GPS點高程的轉換只利用一側的重合點，具有一定的缺陷，且采用人為分區(qū)具有一定的盲目性。因此對于定測高程的計算應采用動態(tài)的擬合模型，即無論采用何種擬合算法都首先找出距該點最近的幾個點，利用這幾個點來計算擬合參數(shù)，當點位發(fā)生變化則其相當?shù)?GPS水準重合點也發(fā)生變化，避免了人為分區(qū)的缺陷。 第五章 工程實例應用 該工程為云南省羅村口至硯山高速公路從云南與廣西交界的羅 村口起經富寧縣和廣南縣到硯山縣止，測區(qū)為東西走向，地勢呈西高東低走勢，線路基本在硯山縣至羅村口的 323國道附近，海拔黃海高程由最西邊的 1550m到最東邊的 240m，相對高差約為 1310m。路線所經地區(qū)地形、地質條件復雜，橋梁、隧道等大型構造物較多 測區(qū)位置及概況 測區(qū)從云南與廣西交界的羅村口起經富寧縣和廣南縣到硯山縣止，主線全長約225Km。 測區(qū)概略地理位置 東經 104186。24′（線路最西端）～ 106186。10′（線路最東端）； 北緯 23186。35′（線路最南端）～ 23186。55′（線路最北端）； 測區(qū)在 高斯六度投影帶的第 18 帶（中央子午線經度為 105176。）、跨三度投影帶的第35帶（中央子午線為 105176。）范圍內。 測區(qū)在 1954 年北京坐標系中高程異常為 + 米，平均曲率半徑 R=6363331 米。 測區(qū)為東西走向，地勢呈西高東低走勢，線路基本在硯山縣至羅村口的 323 國道附近，海拔黃海高程由最西邊的 1550m 到最東邊的 240m，相對高差約為 1310m。路線所經地區(qū)地形、地質條件復雜，橋梁、隧道等大型構造物較多。地形類別為Ⅲ到Ⅳ類。 首級 GPS 平面控制網的布設 應用 GPS 衛(wèi)星定位技術進行路線控制測量 , GPS接收機是完成任務的關鍵設備 , 用于測量工作的 GPS接收機稱測地型接收機 , 使用時必須對其性能與可靠性進行檢驗 , 檢驗內容包括一般性檢驗、通電檢驗和實測檢驗。近幾年國內引進了許多種 GPS 接收機 ,就頻率而言 , 大致分為單頻和雙頻兩類 , 其中 , 雙頻接收機的優(yōu)點是點間距離不受限制 , 邊長大于 20km時可基本上消除電離層誤差對點位坐標的影響。此外 , 在快速靜態(tài)和動態(tài)測量中 , 能快速地解算整周模糊值 , 從而使觀測時間比單頻機少 , 但價格較高 , 用于精密相對定位的雙頻機精度可達 5mm + 1ppm178。 D ,單 頻機的精度在一定距離內精度可達 10mm + 2ppm178。 D , 因此無論單頻機或雙頻機均可滿足公路控制測量的要求。 基準站點測量步驟： 1．選取已有的國家二、三等三角點中 5～ 10 個點作為公路四級 GPS 測量的起算點。 2. 沿甲方劃定的勘測線路每 5Km 左右布設一對相互通視的四級 GPS 點；大型隧道進出口、大橋、特大橋兩端各埋設一對相互通視的四級 GPS 點，當隧道與橋梁、隧道與隧道、橋梁與橋梁間所布設四級 GPS 對點的距離可以滿足一級導線布設時，中間可不再加點；在植被茂密的地區(qū)應適當增加 GPS 對點；四級 GPS 對點的點間 距離一般為 500～ 1000米。 3. GPS 點位設置應