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gpsrtk技術在高速公路外業(yè)測量中的應用研究-在線瀏覽

2024-12-30 14:46本頁面
  

【正文】 .......................................................................... 32 第六章 總結與展望 ....................................................................................................................... 34 致 謝 ............................................................................................................................................ 35 參考文獻: ................................................................................................................................... 36 第一章 緒論 研究背景 按 1997 年我國《公路工程技術標準 JTJ00197》,把公路劃分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路五個等級。 論文題目 : GPS RTK 技術在高速公路外業(yè)測量中的應用研究 本 科 生 :朱威宇 指導教師:楊永崇 摘 要 根據(jù)高等級公路勘測的特點與要求 , 論述應用 GPS 衛(wèi)星定位技術進行公路初測控制測量的方法 , 主要對高等級公 路外業(yè)測量中平面控制測量、高程控制測量、地形測量、路線定線與放樣 、中樁測量及斷面測量的內(nèi)容、要求及測量方法進行介紹。探討 GPS RTK技術在公路測量中使用的技術水平和發(fā)展現(xiàn)狀 , 不僅可以提高路線勘測速度 , 而且對高速公路外業(yè)測量技術具有一定指導作用。高速公路具有重要的政治、經(jīng)濟意義,專供汽車分車道高速行駛,全部立體交叉和全部控制進出口的公路,年平均晝夜汽車交通量在 25 000 輛以上。公路結構組成主要由路基、路面、排水結構物、橋梁、隧道、擋土墻、防護工程等組成 。 與諸多工程一樣 測量 工作作為貫穿始終的重要環(huán)節(jié),是 工程質(zhì)量 的重要保證。 在科學技術不斷發(fā)展與進步的今天 , GPS 及其 RTK 技術的不斷完善已經(jīng)在測繪工程中使用的越來越廣泛,就高速公路的勘測設計 而言 ,從控制測量 到 大比例尺地形圖測繪、路線中樁放洋、斷面測量 、 土石方計算 無不可以通過 GPS 技術來實現(xiàn),而與傳統(tǒng)的測量方法來比較 無論從人力、物力、精力的投入,還是 工作周期的長短、工程質(zhì)量與精度要求都體現(xiàn)出了其優(yōu)勢所在。當初設計 GPS 系統(tǒng)的主要目的是用于導航、收集情報等軍事目的。因此 GPS 系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應用前景。應用 GPS實時動態(tài)定位技術即 RTK技術測繪各種比例尺地形圖和用于工程建設中的施工放樣。 針 對高等級公路外業(yè)測量中平面控制測量、高程控制測量、地形測量、路線定線 與 放樣 、中樁測量及斷面測量的內(nèi)容、要求及測量方法, GPS RTK技術在公路測量中使用的技術水平 和發(fā)展現(xiàn)狀值得探討, 對高速公路外業(yè)測量 技術具有一定指導作用。 第二章 高速公路測量的主要內(nèi)容 隨著我國公路建設的深入發(fā)展 ,探討公路工程施工測量中的技術難題和技術優(yōu)化 ,對于加快公路建設的步伐 ,提高公路施工質(zhì)量 ,節(jié)約建設資金具有重要的意義。對于測量工作者來說 ,為工程提供一系列可靠的各項工程測量數(shù)據(jù) ,是嚴格按技術規(guī)范和圖紙的要求施工、 保障公路工程優(yōu)質(zhì)的重要保證。 第二是初測,它是在前面工作的基礎上進一步安排路線,落實路線布局方案。 第四是再建設過程中進行施工檢查。 平面 控制 測量 高等級公路初測階段控制測量的主要任務是根據(jù)路線的基本走向布設控制點,進行平面控制測量和高程控制測量,作為測繪路線地形圖、定線測設和施工放樣的重要基礎。 應用 GPS 技術進行路線測量首先應根據(jù)工程需要確定 GPS 控制網(wǎng)的等級,路線 GPS控制測量分為一級、二級、三 級、四級共 4個等級。四級控制網(wǎng)可作為高速公路的施工控制網(wǎng),控制點間的平均距離以 500m 較為適宜。路線過長時,可視需 要分為多個投影帶。選點時,通常為了便于使用光電測距儀測距, 做二級導線加密, 應使兩 GPS 點問可通視。在平差時,應先以一個點的 WGS— 8 4 系坐標作為起算邊,進行無約束平差。設計 GPS 控制網(wǎng)時,應由一個或多個獨立觀測環(huán)組成,并包含較多的閉和條件。三級 GPS網(wǎng)應采用絞鏈導線式、點連式布網(wǎng),且 GPS控制網(wǎng)中不應出現(xiàn) 自由基線。 高程控制測量 公路高程系統(tǒng),宜采用 1985 國家高程基準。 高速公路、一級公路采用 四等水準測量,水準測量路線最大長度不能超過 16km。 水準路線應沿公路路線布設,水準點宜設于公路中心線兩側(cè) 50~ 300m 范圍之內(nèi)。 技術指標如下: 表 公路及構造物水準測量等級 測 量 項 目 等 級 水準路線最大長度( km) 4000m 以上特長隧道、 2020m 以上特大橋 三等 50 高速公路、一級公路、 1000~ 2020m 特大橋、 2020~ 4000m 長隧道 四等 16 二級及二級以下公路、 1000m 以下橋梁、 2020m以下隧道 五等 10 表 水準測量的精度 等 級 每公里高差中數(shù)誤差 ( mm) 往返較差、附合或環(huán)線閉合差 ( mm) 檢測已測測段高差之差( mm) 偶然中誤差 M△ 全中誤差 M W 平原微丘區(qū) 山嶺重丘區(qū) 三等 177。 6 177。 35 n 或 177。 20 Li 四等 177。 10 177。 60 n 或 177。 30 Li 注:計算往返較差時 , L為水準點間的路線長度 ( km) L 計算附合或環(huán)線閉合差時, L 為附合或環(huán)線的路線長度( km) 。 Li 為檢測測段長度( km)。初測在線路的全部勘測工作中占重要的位置,它決定著線路的基本方向。 在插旗的同時應進行初測導線的點位選擇。 ( 2)橋梁及隧道兩端附近, 嚴重地質(zhì)不良地段以及越嶺埡口處均應設點。 ( 4)導線點間距應取用 400m 左右,以避免變長過短而降低精度。 ( 1)水平角觀測。兩個半測回間變換度盤位置,兩個半測回間角值較差在 ? 20″( DJ2)或 ? 30″( DJ6)以內(nèi)時取平均值。導線邊長采用全站儀測量。 ( 3)導線的聯(lián)測。 需要指出的是,隨著 GPS 技術應用的日益普及, GPS 定位(快速靜態(tài)或 RTK)施測線路導線成為今后的一個重要發(fā)展方向。 ( 1)基平測量。水準點布設位置應離開線路中線一定距離,以 50100m 為宜,以免線路施工時被破壞。在跨越河流和溝壑時視線場可放寬至 200m,但應盡量保持前后視距相等。 基平測量應與國家水準點或等級相當?shù)钠渌疁庶c聯(lián)測。 基平測量也可用電磁波測距三角高程施測,可用導線點兼做水準點。中平測量可采用單程水準測量,以及基平所測水準點為基準布設成符合水準線路。 ( 3)帶狀地形圖測繪。 “測規(guī)”對此做了如表 21 的規(guī)定。 垂直角 ≥ 12176。 線路的定測 新線定測階段的測量工作主要有:中線測量、線路縱橫斷面測量。中線測量包括放線和中樁測設兩部分工作。放線常用方法有撥角法、支 距法、極坐標法和 GPS RTK 法。 撥角放線法是根據(jù)紙上定線交點的坐標,預先在內(nèi)業(yè)計算出兩交點間的距離及直線的轉(zhuǎn)向角,然后根據(jù)計算資料在現(xiàn)場放出各個交點,定出中線位置 。通過與初測導線點或國家平面控制點聯(lián)測能及時發(fā)現(xiàn)工作中可能出現(xiàn)的錯誤,這種方法適用于無初測導線的任何測區(qū)。焦點水平角在使用全站儀是,采用正倒鏡測設,在限差范圍內(nèi),分中取平均位置,距離采用往返觀測。當小于 50m 時,應設置遠視點。在測設距離的同時,可 以定出直線上的中線樁(公里樁、百米樁、加樁)和曲線主點樁。為了保證測設的中線位置不致偏離理論位置過大,“測規(guī)”規(guī)定中線每 5 – 10km,應與初測導線(或航測外控點、 GPS點)聯(lián)測一次。這種方法適用于地形不太復雜且初測導線與設計的 線路中線相距較近的地區(qū)。 ( 3)全站儀極坐標法。 ( 4) GPS RTK 法。特別是近幾年來高精度 DPS 實時動態(tài)定位技術 RTK 的快速發(fā)展,由于它能夠?qū)崟r提供在任意坐標系內(nèi)的三維坐標坐標數(shù)據(jù),對于公路中線測量利用 GPS RTK 直接坐標放樣已經(jīng)很普遍。它需要一臺基準站接收機和一臺或多臺 流動站接收機以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娕_。動態(tài)用戶再將實時位置與設計值相比較,進而指導放樣。在中線交點、轉(zhuǎn)點及轉(zhuǎn)角測定之后,即可進行實地量距、設置里程樁、標定中心線位置。中樁測設是在中線丈量的基礎上進行的,它是從起點開始,按規(guī)定每隔一整數(shù)距離設一樁,此為整樁。在相鄰整樁之間線路穿過的重要地物處(如鐵路、公路、管道、溝、河等)及地面坡度變化處要增設加樁。 地形加樁,是指沿中線在地面起伏突變處、橫向坡度變化處以及天然河溝處等所設置的里程樁。曲線加樁,是指曲線上設置 的主點樁,如圓曲線起點(簡稱直圓點 ZY)、圓曲線中點(簡稱曲中點 QZ)、圓曲線終點(簡稱圓直點 YZ)等,分別以漢語拼音縮寫為代號。整樁和加樁統(tǒng)稱為里程樁提高中樁測設的精度,一般用測距儀或全站儀測量距離,當用鋼尺量距時一般要丈量兩次,其精度應滿足 1/1000。交點樁的指示樁應釘在曲線圓心和交點連線外距 20 ㎝的位置,字面朝向交點。其余的里程樁一般使用板樁,一半露出地面,以便于書寫樁號,樁號字面一律要面向線路起點。對于被破壞或?qū)⑹苁┕び绊懙狞c位以及離定測線路較遠的點位應重新埋設,對于水準點不能滿足工程要求的地段要增設新的水準點,組成新的水準路線進行水準測量。 若符合限差則采用初測成果,否則應查明原因,重新測算。中平測量一般采用水準測量的方法進行,以相鄰量水準點為一測段,其與基本水準點符合的精度要求為 ? 50 L mm。中平水準測量的精度要求,一般將測段高差 與兩端水準點高差 之差的限差定為 。由于轉(zhuǎn)點起到傳遞高程的作用,因此轉(zhuǎn)點尺應立在尺墊、穩(wěn)固的樁頂或堅石上,尺上的讀數(shù)毫米,視線長一般不應超過 120m??v斷面圖表示了沿中線方向的地勢起伏,設計中用于研究線路空間線形的起伏布置。 1. 縱斷面圖繪制 縱斷面圖中,橫向為線路里程,比例尺 1: 1000 – 1: 5000;縱向為高程,比例尺為 1: 100 – 1: 500。 縱斷面圖是以中線樁的里程為橫坐標、以其高程為縱坐標建立的直 角坐標系中繪制的。高程按比例尺注記,但要參考其它中線樁的地面高程確定原點高程在 圖上的位置,使繪出的地面線處在圖上適當位置。橫斷面測量的寬度,應根據(jù)中樁填挖高度、邊坡大小以及有關工程的特殊要求而定,一般自中線兩側(cè)各測 10~ 50m。橫斷面測量的限差一般為:高差容許誤差 ,式中: 為測點至中樁間的高差;水平距離的相對誤差為 1/50。按路線前進的方向分左側(cè)和右側(cè),分數(shù)中分母表示測段水平距離,分子表示測段兩端點的高差。 (2)水準儀法: 當橫斷面精度要求較高,橫斷面方向高差變化不大時,多采用此法。視線高程減去諸前視點讀數(shù)即得各測點高程。 2) 橫斷面圖的繪制 根據(jù)橫斷面測量成果,對距離和高程取統(tǒng)一比例尺(通常取 1: 100 或 1: 200),在毫米方格紙上繪制橫斷面圖,如圖 5218 所示。繪 圖時,先在圖紙上定好中樁位置 , 由中樁開始,分 左、右兩側(cè)逐一按各測點間的距離和高程點繪于圖紙上,并用直線連接相鄰各點即得橫斷面地面線。 第三章 GPS 在 高速公路 測量中的應用 GPS 全球定位系統(tǒng)概述 GPS 是英文 Global Positioning System 的縮寫,即全球定位系統(tǒng)。 GPS 系統(tǒng)的組成 及特點 GPS 系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶設備三部分組成。 24 顆衛(wèi)星基本上均勻分布在 6 個軌道平面內(nèi),相對于赤道平面的傾角為 55 度,各軌道平面升交點的赤經(jīng)各相差 60 度,在相鄰軌道上,衛(wèi)星的升交距角相差 30 度。這樣的布局,保證了在地球上和近地空間內(nèi)任一點、任何時刻均可至少同時觀測 4 顆 GPS衛(wèi)星,便于進行實時定位。 (2)衛(wèi)星上設有微處理機,進行必要的數(shù)據(jù)處理。 (4)向用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導航定位信號。 2)地面控制部分 地面控制部分包括監(jiān)測站、主控站和注入站。 (2)主控站 主控站只有一個,其主要任務是 :提供 GPS 系統(tǒng)的時間基準,并控制整個地面站組的工作;處理由各個監(jiān)測站送來的數(shù)據(jù),編制各衛(wèi)星的星歷,計算各衛(wèi)星的鐘差和電離層校正參數(shù)等,并把這些導航信息送到注入站;當衛(wèi)星偏離預定的軌道太遠時,控制其軌道;工作衛(wèi)星失效時,調(diào)用備用衛(wèi) 星。 3)用戶設備部分 用戶設備部分的核心是 GPS 接收機。其主要功能是 :接收衛(wèi)星播發(fā)的信號,獲取定位的觀測值,提取導航電文中的廣播星歷、衛(wèi)星鐘改正等參
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