覃世遠(yuǎn)

摘要:公路測(cè)量技術(shù)是一門(mén)由計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)繪技術(shù)、信息和通信技術(shù)相互交叉與滲透的綜合技術(shù),隨著信息采集和處理技術(shù)的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代公路測(cè)量技術(shù)將具有十分廣闊的發(fā)展前景。文章從測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀分析,介紹了公路測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:測(cè)量技術(shù);公路工程;通信技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào):TU198 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)26-0157-02

工程測(cè)量學(xué)是一門(mén)應(yīng)用學(xué)科,它是直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)服務(wù),緊密與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科,是測(cè)繪學(xué)中最活躍的一個(gè)分支學(xué)科。改革開(kāi)放以來(lái),城市建設(shè)不斷擴(kuò)大,各種大型建筑物和構(gòu)筑物、交通設(shè)施等建設(shè)工程不斷地增多,對(duì)工程測(cè)量不斷提出新任務(wù)、新課題和新要求,使工程測(cè)量的服務(wù)領(lǐng)域不斷拓寬,有力地推動(dòng)和促進(jìn)工程測(cè)量事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。近20年來(lái),隨著測(cè)繪科技的飛速發(fā)展,電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)、空間技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,工程測(cè)量的技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化,并取得顯著的成就。面向21世紀(jì),我國(guó)的工程測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和方向是:測(cè)量數(shù)據(jù)采集和處理的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、數(shù)字化;測(cè)量數(shù)據(jù)管理的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化;測(cè)量數(shù)據(jù)傳播與應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、多樣化、社會(huì)化。GPS技術(shù)、RS技術(shù)、GIS技術(shù)以及先進(jìn)的地面測(cè)量?jī)x器等將廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量中,并發(fā)揮著主導(dǎo)的作用。

一、公路測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

公路測(cè)量工作分為勘測(cè)設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)階段,其主要包括平面控制測(cè)量、高程控制測(cè)量、地形測(cè)量、工程施工測(cè)量等內(nèi)容。

(一)平面控制測(cè)量

高速公路測(cè)量中,地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不得超過(guò)圖上的0.5~0.6mm,精度要求極高,為此,路線勘測(cè)的首級(jí)平面控制點(diǎn)位中誤差必須小于0.1m。目前最理想的平面控制測(cè)量是GPS(Global Positioning System,即全球定位系統(tǒng))導(dǎo)線、光電測(cè)距導(dǎo)線和GPS導(dǎo)線與光電測(cè)距導(dǎo)線相結(jié)合的形式。

1.GPS導(dǎo)線網(wǎng)。GPS導(dǎo)線是在導(dǎo)線點(diǎn)上安置GPS接收機(jī),通過(guò)接收GPS衛(wèi)星信號(hào),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理,從而獲得該點(diǎn)的WGS—84大地坐標(biāo)系,進(jìn)而換算到1954北京坐標(biāo)系或1980國(guó)家坐標(biāo)系后完成的。

這種導(dǎo)線點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)位誤差不累積,選點(diǎn)受自然條件限制較少,路線長(zhǎng)度和邊長(zhǎng)無(wú)制約,相鄰點(diǎn)間不必通視,精度高、速度快、操作簡(jiǎn)便、全天候觀測(cè)。但它要求GPS導(dǎo)線點(diǎn)處高度角在大于15°范圍內(nèi)空中沒(méi)有遮擋物,測(cè)站附近沒(méi)有大功率發(fā)射臺(tái)、輸電高壓線和變電設(shè)施、周?chē)鸁o(wú)大面積的反射物等。

2.光電測(cè)距導(dǎo)線。與經(jīng)緯儀導(dǎo)線原理相同,只是導(dǎo)線點(diǎn)間的距離用電磁波測(cè)距儀測(cè)量。測(cè)距儀導(dǎo)線的誤差主要來(lái)源于角度測(cè)量,導(dǎo)線盡可能布設(shè)成直伸形狀,因?yàn)橹鄙鞂?dǎo)線不受距離測(cè)量系統(tǒng)誤差的影響。邊長(zhǎng)盡量增大以減少折角數(shù),可減弱方位角誤差的積累。為了保證導(dǎo)線點(diǎn)的精度,控制全長(zhǎng)不宜超過(guò)8.5km,折角數(shù)不宜超過(guò)16個(gè),測(cè)角中誤差不得超過(guò)±5″,方位角閉合差不得超過(guò)±10″(n為測(cè)站數(shù))。

3.GPS導(dǎo)線定位與光電測(cè)距導(dǎo)線相結(jié)合。這種形式是上述兩種導(dǎo)線的綜合,以GPS定位導(dǎo)線為高級(jí)點(diǎn),在此基礎(chǔ)上再敷設(shè)電磁波測(cè)距導(dǎo)線,這樣可以發(fā)揮兩種導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn),是一種良好的形式。

(二)高程控制測(cè)量

公路測(cè)量中的高程控制測(cè)量也叫基平測(cè)量。公路高程控制網(wǎng)宜布設(shè)附合水準(zhǔn)路線;高程控制測(cè)量應(yīng)采用相應(yīng)等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量。公路高程系統(tǒng)宜采用1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。同一條公路應(yīng)采用同一個(gè)高程系統(tǒng),不能采用同一高程系統(tǒng)時(shí),應(yīng)確定高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。高程控制測(cè)量方法有三種:其一為四等水準(zhǔn)測(cè)量,其二是光電測(cè)距高程測(cè)量,其三是GPS高程測(cè)量。

1.四等水準(zhǔn)測(cè)量,要嚴(yán)格按照四等水準(zhǔn)測(cè)量操作規(guī)程進(jìn)行,使用的儀器要經(jīng)過(guò)有關(guān)部門(mén)校核。

2.光電測(cè)距高程測(cè)量,一般控制路線長(zhǎng)度應(yīng)在15km內(nèi),布置成附合路線,視距長(zhǎng)一般不大于500m,最長(zhǎng)不應(yīng)大于800m,視線豎直角不超過(guò)15°,視線高度或視線離開(kāi)障礙物的距離不得小于1.5m。

3.GPS高程測(cè)量,是一種比較先進(jìn)的方法,可以代替四等水準(zhǔn)高程,但使用此方法必須要有足夠的三角高程點(diǎn)和GPS高程點(diǎn)與等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)與平差計(jì)算。

水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè):(1)水準(zhǔn)路線應(yīng)沿公路路線布設(shè),水準(zhǔn)點(diǎn)宜設(shè)于公路中心線兩側(cè)50～300m范圍內(nèi);(2)勘測(cè)設(shè)計(jì)階段水準(zhǔn)點(diǎn)間距宜為1～1.5km,施工階段則應(yīng)按實(shí)際需要進(jìn)行加密水準(zhǔn)點(diǎn);(3)水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)能長(zhǎng)期保存,便于與平面控制點(diǎn)聯(lián)測(cè);(4)大橋、隧道口及其他大型構(gòu)造物兩端,應(yīng)增設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)。

(三)地形測(cè)量

公路勘測(cè)中地形測(cè)量一般為大比例尺帶狀地形圖測(cè)量,常見(jiàn)比例尺為1:50、1:1000、1:2000。目前常見(jiàn)的地形圖測(cè)繪方法有:(1)全站儀測(cè)繪法;(2)航空攝影測(cè)量法;(3)GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(即RTK技術(shù))測(cè)繪法。

1.全站儀測(cè)繪法。全站儀的應(yīng)用,把野外數(shù)據(jù)采集與微機(jī)及數(shù)控繪圖儀三者結(jié)合起來(lái),形成一個(gè)從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、圖形編輯和繪圖的自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)。

2.航空攝影測(cè)量法。航空攝影測(cè)量是進(jìn)行城市大面積大比例尺地形圖、地籍圖測(cè)繪與更新以及大型工程勘測(cè)的重要手段與方法,它可以提供數(shù)字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖成果。

3.GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(即RTK技術(shù))測(cè)繪法。隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(RTK技術(shù))的成熟,使測(cè)繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革,為工程測(cè)量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。

(四)工程施工測(cè)量

高速公路平、豎線型復(fù)雜,對(duì)測(cè)量工作提出了較高的要求,特別是高架式和隧道式公路。高架式公路要求準(zhǔn)確地確定橋位和配合安裝,隧道式公路要求方向和高程準(zhǔn)確地貫通,從而要求了工程施工測(cè)量必須控制好路線的平面位置及高程。施工階段的測(cè)量工作主要有平面位置測(cè)量與高程測(cè)量?jī)蓚€(gè)方面。

1.平面位置測(cè)量方法有:

(1)經(jīng)緯儀角度測(cè)量法。目前經(jīng)緯儀主要分為光學(xué)經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀兩大類(lèi)。采用經(jīng)緯儀放樣測(cè)量時(shí),直線段應(yīng)采用極坐標(biāo)法,曲線段可采用支距法和偏角法。

(2)全站儀坐標(biāo)測(cè)量法。全站儀也稱(chēng)電子速測(cè)儀,它是電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀和微處理器的相結(jié)合體,將電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀兩種儀器功能集于一身的新型儀器。全站儀測(cè)量可以利用電子手簿把野外測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄下來(lái),通過(guò)接口設(shè)備傳輸?shù)接?jì)算機(jī),利用“人機(jī)交流”方式進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和圖形編輯,還可以把由微機(jī)控制的跟蹤設(shè)備加到全站儀上,對(duì)一系列目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量,即所謂“測(cè)地機(jī)器人”或“電子平板”,野外直接圖形編輯,為測(cè)圖和工程放樣向數(shù)字化發(fā)展開(kāi)辟了道路。

(3)RTK法。動(dòng)態(tài)GPS 系統(tǒng)既有良好的硬件,也有極其豐富的軟件可選擇。在施工中采用動(dòng)態(tài)GPS 測(cè)量,對(duì)點(diǎn)、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷,只需將相應(yīng)點(diǎn)位的坐標(biāo)輸入GPS 接收機(jī)中,按系統(tǒng)指示操作就可以定出相應(yīng)的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量都是獨(dú)立完成的,所以不會(huì)產(chǎn)生累積誤差,各點(diǎn)放樣精度趨于一致。隨著動(dòng)態(tài)GPS 測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展、完善,將更加充分地顯示出這一技術(shù)的高精度和高效益,它將會(huì)為公路工程建設(shè)的發(fā)展和進(jìn)步發(fā)揮更大的作用。

2.高程測(cè)量一般宜采用水準(zhǔn)測(cè)量方法,在測(cè)量精度有保證的情況下,也可采用全站儀三角高程測(cè)量方法和RTK測(cè)量方法,但對(duì)于沿線需要特殊控制的橋梁、隧道、涵洞、交叉路口路面,必須采用水準(zhǔn)測(cè)量方法按規(guī)定檢測(cè)其標(biāo)高,其檢測(cè)限差應(yīng)符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

二、公路測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向

當(dāng)前,隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,各種高新技術(shù)裝備的不斷出現(xiàn),以及各相關(guān)學(xué)科之間的相互交叉與滲透、相互影響與促進(jìn),公路測(cè)量技術(shù)正向以“3S”集成技術(shù)、數(shù)字測(cè)圖技術(shù)、移動(dòng)制圖技術(shù)為代表的方向飛速發(fā)展,并最終邁入數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化和智能化軌道。

(一)數(shù)字測(cè)圖技術(shù)

隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字測(cè)圖技術(shù)不但被列入我國(guó)863計(jì)劃的重要研究課題,而且已經(jīng)成為城市大比例尺測(cè)圖和公路勘測(cè)的重要發(fā)展方向。

數(shù)字測(cè)圖技術(shù)提供的主要產(chǎn)品是數(shù)字地面模型(Digital Terrain Model,簡(jiǎn)稱(chēng)DTM),它最先是由美國(guó)麻省理工學(xué)院的Chaires.L.Miller教授于1995年為研究如何應(yīng)用攝影測(cè)量獲得數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字化的方法加快公路設(shè)計(jì)而提出的。DTM是一個(gè)表示地形特征的空間分布的,有規(guī)劃的數(shù)字陳列;也就是將地形表面用密集的三維坐標(biāo)X、Y、Z表示的一種數(shù)字表達(dá)形式。它除了適合計(jì)算機(jī)處理的地貌形態(tài)的數(shù)字表示外,還包括插值運(yùn)算和各種實(shí)用程序,它為公路測(cè)設(shè)自動(dòng)化提供了數(shù)字平臺(tái)。

DTM是GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)中最為重要的空間信息資料和賴(lài)以進(jìn)行地形分析的核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)。DTM中最基本的部分是數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,簡(jiǎn)稱(chēng)DEM),DEM是對(duì)地球表面地形地貌的一種離散的數(shù)字表達(dá),它是地理空間定位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集合;凡牽涉地理空間定位的課題,一般都要建立DEM。

(二)“3S”集成技術(shù)

“3S”集成技術(shù)最早是由武漢測(cè)繪科技大學(xué)李德仁院士提出,它是由全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感技術(shù)(RS)三者通過(guò)數(shù)據(jù)接口緊密結(jié)合與集成,共同構(gòu)成的一個(gè)對(duì)地觀測(cè)、處理、分析、制圖和工程應(yīng)用的大系統(tǒng)。

“3S”技術(shù)為公路勘測(cè)設(shè)計(jì)提供了新一代的觀測(cè)手段和生產(chǎn)工具,3S的結(jié)合應(yīng)用,取長(zhǎng)補(bǔ)短;三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦、兩只眼睛”的框架,即RS和GPS向GIS提供或更新測(cè)區(qū)信息以及空間定位,GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析,以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息,并進(jìn)行綜合集成,輔助公路勘測(cè)設(shè)計(jì)、公路施工控制測(cè)量等工作走上自動(dòng)化軌道。因此,“3S”集成技術(shù)是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢(shì),也是未來(lái)公路測(cè)量技術(shù)的重要發(fā)展方向。

在實(shí)際應(yīng)用中,3S多為兩兩之間的集成,如GIS/RS集成,GIS/GPS集成、RS/GPS集成等。

(三)移動(dòng)制圖技術(shù)

移動(dòng)制圖技術(shù)是各國(guó)軍事部門(mén)為了保障和提高現(xiàn)代高技術(shù)條件下軍隊(duì)機(jī)動(dòng)能力而率先研制的課題。隨著研究的深入,一些國(guó)家相繼建立了具有各自特點(diǎn)的移動(dòng)制圖系統(tǒng);與GPS一樣,這些系統(tǒng)已逐步轉(zhuǎn)入民用,而其中的移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)作為一門(mén)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)在未來(lái)公路測(cè)量中必將占領(lǐng)相當(dāng)廣闊的舞臺(tái)。

三、結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)代對(duì)地觀測(cè)技術(shù)和信息處理技術(shù)最新研究成果的支持下,應(yīng)進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)數(shù)字測(cè)圖技術(shù)、“3S”集成技術(shù)和移動(dòng)制圖技術(shù)等世界先進(jìn)技術(shù),推動(dòng)公路測(cè)量技術(shù)逐步邁向數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化和智能化軌道。

參考文獻(xiàn)

[1]公路勘測(cè)規(guī)范(JTJ061—99)[S].

[2]周亦唐,等.道路勘測(cè)設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

[3]雒應(yīng),等.公路測(cè)設(shè)新技術(shù)[M].北京:人民交通出版.

[4]張雨化.道路勘測(cè)設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,1997.

[5]Braden K.Integrated inertial navigation system/ global positioning system (INS/GPS)for automatic space return vehicle[C].Proceedings of the IEEE/AIAA/NASA 9th Digital Avionics Systems Conference,1990.