李光耀

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州730030）

0 引言

道路縱橫斷面測量是道路工程測量的重要組成部分。城市道路改擴(kuò)建工程的縱橫斷面測量和線形設(shè)計(jì)有別于新建城市道路，其無章可循，實(shí)際操作難度較大。傳統(tǒng)的縱橫斷面測繪是以水準(zhǔn)儀為主體進(jìn)行的，主要利用電子全站儀、水準(zhǔn)儀等地面測量儀器，配合其他測量工具(如皮尺、塔尺等)進(jìn)行。這種測量模式存在著作業(yè)人員和儀器設(shè)備多、野外工作量大、工作效率低、測量誤差累積、現(xiàn)場測量成果不直觀、自動化程度較低等諸多弊端。

目前隨著測繪儀器的更新?lián)Q代，測繪高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，縱橫斷面測量方法也有所改進(jìn)。根據(jù)不同的地形狀況、周邊環(huán)境，以及設(shè)計(jì)要求，可以選用不同的測繪手段，優(yōu)質(zhì)、快速、高效地獲得縱橫斷面圖的測量成果。一般需改擴(kuò)建的城市道路，在運(yùn)營多年后，縱、橫斷面已偏離竣工時的線形，如何合理地利用成熟的高新測繪手段，對縱橫斷面進(jìn)行測量顯得尤為重要。為此，本文結(jié)合工作實(shí)際，基于RTK技術(shù)，針對城市道路改擴(kuò)建工程的縱、橫斷面測量方法及相應(yīng)實(shí)施過程做一實(shí)際應(yīng)用。

1 RTK定位技術(shù)簡介

RTK(實(shí)時動態(tài))定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實(shí)時差分GPS技術(shù)，它是GPS測量術(shù)發(fā)展的一個新突破，在測繪、交通、能源、城市建設(shè)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。實(shí)踐證明，RTK技術(shù)能有效地解決傳統(tǒng)測量技術(shù)難以解決的通行、通視等困難。只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(一般為5 km),RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級,且不存在誤差積累。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視,只需要滿足“電磁波通視和對空通視的要求”，因此和傳統(tǒng)測量相比,RTK技術(shù)受限因素少，幾乎可以全天候作業(yè)。RTK可勝任各種測繪外業(yè)。流動站配備高效手持操作手簿，內(nèi)置專業(yè)軟件可自動實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，減少人為誤差,保證了作業(yè)精度。

蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院從2000年開始在測繪業(yè)務(wù)中使用GPS+RTK技術(shù)，主要應(yīng)用于地形測量、道路定測等工作。RTK作業(yè)測量正常時間為1～2 s，平面精度就可以達(dá)到1 cm左右，高程精度可以達(dá)到1～3 cm，且整個測量過程不需通視，尤其是道路定測工作有著常規(guī)測量儀器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。儀器型號：HIPER雙頻RTK，該儀器內(nèi)置道路定測軟件，只要輸入道路的設(shè)計(jì)元素即可。

2 GPS-RTK技術(shù)在城市道路改擴(kuò)建斷面測量中的應(yīng)用

2.1 工程概況

蘭州市北濱河路是集綠化、景觀、交通為一體的城市主干道。道路建成十余年來，局部路面水泥板塊破損，特別是由于洪道橋與路基之間的不均勻沉降，路面下沉嚴(yán)重，使用功能無法滿足2011年蘭州國際馬拉松賽道的整體要求，其中北濱河路（七里河橋—城關(guān)黃河大橋段）全長7.15 km，路面破損尤為嚴(yán)重，作為此次道路改擴(kuò)建工程的重點(diǎn)路段進(jìn)行整治。

蘭州市北濱河路作為城市主干道，交通環(huán)境復(fù)雜，車流量大。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，道路縱橫斷面的測量任務(wù)量大，工期緊，如果按照傳統(tǒng)的測繪方法，需投入大量的人員設(shè)備，再加上交通環(huán)境的諸多困難，短期內(nèi)按時保質(zhì)保量完成任務(wù)困難比較大。鑒于此種情況，根據(jù)多年來使用RTK技術(shù)的成熟經(jīng)驗(yàn)，通過分析比較，認(rèn)為基于RTK技術(shù)獲取城市道路改擴(kuò)建斷面數(shù)據(jù)是唯一可行的手段。

2.2 前期準(zhǔn)備工作

（1）道路斷面數(shù)據(jù)測量依據(jù)：

根據(jù)《城市測量規(guī)范》（CJJ8-99）7.4市政工程測量的要求，道路中線樁位與曲線測設(shè)的限差見表1所列。

縱、橫斷面測量：縱斷面測量，相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)高差與縱斷檢測的限差，不應(yīng)超過2 cm。橫斷面測量的方向，在直線部分應(yīng)與中線垂直，在曲線部分應(yīng)在法線上。

（2）布設(shè)測區(qū)控制網(wǎng)，北濱河路（七里河橋—城關(guān)黃河大橋段）全長7.15 km，每隔2 km布設(shè)一對控制點(diǎn)，按照E級網(wǎng)控制作數(shù)據(jù)處理，施測4個四等水準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)站選擇設(shè)置在其中地勢開闊、比較高的已知控制點(diǎn)上。RTK在進(jìn)行中樁放樣與縱斷面測量時，要求初始化測量兩次，以減少粗差。

表1 線路中線樁位與曲線測設(shè)的限差一覽表

（3）該項(xiàng)測量采用1+2的RTK模式，即一臺基準(zhǔn)站、兩臺流動站。RTK手簿內(nèi)置道路測設(shè)軟件，輸入道路設(shè)計(jì)諸要素后，用一臺流動站進(jìn)行中樁放樣與縱斷面測量，需一人操作。另外一臺流動站專做橫斷面測量。為了提高測量速度，需兩人配合工作。該項(xiàng)測量只需安排4人即可。

3 中線放樣方法

GPS-RTK技術(shù)具有多種放樣功能，在道路放樣中最常用的是放樣點(diǎn)位或者道路中線放樣。首先進(jìn)入RTK手簿的道路中線放樣界面，然后輸入所要放樣的起始樁號，RTK手簿馬上就顯示出當(dāng)前點(diǎn)的信息，并自動解算出平面、高程數(shù)據(jù)，將當(dāng)前點(diǎn)的位置顯示在導(dǎo)航圖的中央。并顯示出當(dāng)前點(diǎn)與放樣點(diǎn)實(shí)際位置的偏移量，同時在導(dǎo)航圖上顯示出RTK天線應(yīng)移動的方向和距離。當(dāng)RTK天線位置與放樣點(diǎn)的實(shí)際位置重合時，即可得到放樣點(diǎn)的位置，同時采集該點(diǎn)的實(shí)地坐標(biāo)和高程，并存放于坐標(biāo)文件中。至此道路的中樁平面坐標(biāo)與高程（縱斷面）數(shù)據(jù)已經(jīng)獲取。表2為部分中樁、縱斷面兩次初始化測量結(jié)果的數(shù)據(jù)比較。

表2 部分中樁、縱斷面兩次初始化測量結(jié)果比較表

橫斷面的測量方法：橫斷面測量主要是根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，沿中線方向大約每隔20 m的間隔，垂直于中線，在中線兩側(cè)測量一定距離寬度的地形變化數(shù)據(jù)。RTK測量時采用線路放樣模式，橫斷面的流動站在任意位置時，都會顯示距中線的垂直距離，因此只需移動到設(shè)計(jì)中樁號對應(yīng)的地方，根據(jù)地形變化情況采集該變化點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)（包含距中線距離、高程），然后讀取前面的中線測量數(shù)據(jù)記錄，計(jì)算出變化點(diǎn)相對應(yīng)的樁號的橫斷面數(shù)據(jù)（相對中線的距離、高差）。為便于處理，在采集記錄時各斷面是按里程樁編號。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理：將所采集的中線坐標(biāo)、縱斷面數(shù)據(jù)文件與橫斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并輸出到計(jì)算機(jī)，可以用于后期的道路縱橫斷面設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

RTK作業(yè)法具備許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:基準(zhǔn)站只需架設(shè)一次（只要流動站能 收到數(shù)據(jù)鏈信號），無須架設(shè)在平面控制點(diǎn)上等。所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù) ，僅需一人操作，每個放樣點(diǎn)只需要停留1～2 s,就可以完成作業(yè)。在城市道路路線測量中，每小組(3～4人)每天可完成中線測量 3～5 km,在中線放樣的同時完成中樁抄平工作。獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)形成了它獨(dú)特的作業(yè)優(yōu)勢：野外作業(yè)靈活、方便、高效，尤其是在地形特別復(fù)雜的測區(qū)作業(yè)，其精度和效率更是其他常規(guī)測量方法所無法比擬的。

其缺點(diǎn)是：RTK的測量精度受橢球轉(zhuǎn)換參數(shù)、GPS衛(wèi)星、測區(qū)環(huán)境和數(shù)據(jù)鏈的影響，其定位精度存在不穩(wěn)定性，定位誤差也隨著距離的增加而變大。甚至在一些特殊區(qū)域，如在立交橋或高大建筑物下作業(yè)根本無法工作。因此，這種作業(yè)手段只能在條件許可的情況下使用。

基于以上的工作實(shí)踐和目前實(shí)際情況，在道路縱橫斷面測量中，條件允許的情況下，采用RTK一體化作業(yè)盡可能取代傳統(tǒng)作業(yè)方法，縮短工作周期，縱橫斷面數(shù)據(jù)不會與所測地形圖產(chǎn)生矛盾。因此.可以大大減少野外工作，又可節(jié)約成本、提高工作效率，而且其優(yōu)越性更為明顯。

[1]劉基余，李征航，王躍虎，桑吉章.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京：測繪出版社，1993.

[2]柳響林.GPS RTK技術(shù)在崗長線定線測量中的應(yīng)用[A].99控制測量與GPS應(yīng)用論文集[C].

[3]鄔曉光，黃北新，丁銳.GPS RTK技術(shù)在城市測量中的應(yīng)用[J].城市勘測.2004，（1）.