摘 要:介紹了GPS測量技術(shù)的特點;論述了GPS靜態(tài)測量技術(shù)和RTK技術(shù)在公路工程中的控制測量、道路中線放樣、縱橫斷面測量等方面的應(yīng)用。根據(jù)GPS技術(shù)的發(fā)展，展望了GPS技術(shù)在工程測量領(lǐng)域的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:GPS-RTK技術(shù) 轉(zhuǎn)換參數(shù) 中線測設(shè) 縱橫斷面測量

中圖分類號:F542.3文獻標識碼:A文章編號：1674-098X(2012)08(a)-0108-02隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長和西部大開發(fā)的深入實施，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度很快，尤其是公路和鐵路建設(shè)項目大增并且勘測設(shè)計的工期要求很急。目前線路工程勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設(shè)備，但常規(guī)測量方法受通視條件和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強度大，且工作效率低，勘測工作無法在短期內(nèi)快速完成以滿足設(shè)計要求，從而大大延長了勘測設(shè)計時間。當(dāng)前，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體測量控制網(wǎng)，為勘測設(shè)計階段測繪帶狀地形圖，道路中線放樣，縱橫斷面測量提供基礎(chǔ)依據(jù);采用GPS-RTK技術(shù)進行道路中線放樣、縱橫斷面測量和測繪帶狀地形圖的技術(shù)已日趨成熟。

1 GPS測量的特點

相對于常規(guī)測量來說，GPS測量主要有以下特點:(1)定位精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量，在小于50km的基線上，其靜態(tài)相對定位精度可達1×10-6，RTK測量可達到1～3cm。(2)測站間無需通視。GPS測量只要保證測站上空開闊，能夠接收較多的GPS衛(wèi)星信號即可。不需要測站點間相互通視，可根據(jù)實際需要確定點位，使得選點工作靈活方便。(3)觀測時間短。在進行GPS測量時，靜態(tài)相對定位每站僅需30～40min左右，動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。(4)儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化程度越來越高，已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標。(5)全天候作業(yè)。GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，一天24h內(nèi)可保證在任何時間、任何地點連續(xù)進行觀測，一般不受天氣狀況的影響。(6)提供三維坐標。GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標，其高程精度已可滿足四等水準測量的要求;RTK技術(shù)可以實時測量點位的三維坐標。

2 應(yīng)用實例

2.1 工程概況

2004年我院受中交第一公路勘察設(shè)計研究院委托，在國道219線黑恰道班至新藏公路區(qū)界路段進行公路控制測量、帶狀地形圖測繪、中線測設(shè)和縱橫斷面測量工作。測區(qū)大部分路段為山地和高原丘陵地區(qū)。線路總長365km，考慮到線路設(shè)計和施工的實際情況，將整段路分成5個投影于抵償高程面上的高斯正形投影任意帶平面直角坐標系(簡稱公路抵償坐標系)，每個抵償坐標系以該段路線平均高程面為投影面?？紤]到工程質(zhì)量要求、工期和測區(qū)的特點，應(yīng)用常規(guī)的測量方法，在短時間內(nèi)難以完成全部工作量，因此決定采用GPS技術(shù)進行測量，采用的GPS接收機為Trimble 5700型。精度要求為:基本控制點最弱相鄰點位中誤差不大于±5cm，中樁點位限差不大于±10cm，中樁高程限差不大于±10cm。

2.2 GPS控制點布設(shè)和測量

GPS測量的技術(shù)設(shè)計主要依據(jù)1999年交通部發(fā)布的行a業(yè)標準《公路勘測規(guī)范》、1998年交通部發(fā)布的行業(yè)標準《公路全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》及工程測量合同有關(guān)要求制定的。GPS網(wǎng)設(shè)計精度根據(jù)工程需要和測區(qū)情況，選擇四級GPS網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。在國家一等導(dǎo)線點的基礎(chǔ)上直接布設(shè)，點位距擬選路線中心線兩側(cè)50～300m左右，每隔600m左右埋設(shè)一個點，在特殊構(gòu)造物附近加布了GPS點。平坦開闊處在1000米以內(nèi)選埋一個點，并保證與一個以上的GPS點通視。在投影帶交界和工作任務(wù)分界附近布設(shè)了一對相互通視的GPS點，在投影帶交界附近均與國家平面控制點聯(lián)測。GPS點的埋設(shè)保證路線測量及施工放樣的要求。四級GPS網(wǎng)觀測采用Trimble5700接收機以靜態(tài)方式觀測，網(wǎng)形布設(shè)成鉸鏈導(dǎo)線式。接收機采樣間隔為15s，同步觀測1個時段，每時段觀測時間大于40min。

2.3 數(shù)據(jù)處理

本項目所有GPS網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)均采用隨機軟件Trimble Geomatics Office 1.6(TGO中文版)進行基線解算，每個投影帶為一個整網(wǎng)。四級GPS網(wǎng)采用PowerADJ4.0平差軟件，首先在WGS-84坐標系下進行三維無約束平差，在無約束平差確定的有效觀測量的基礎(chǔ)上，在1954年北京坐標系下進行二維約束平差。約束平差合格后，將全部GPS點按各投影分帶公路抵償坐標系的中央子午線進行投影換帶計算，再轉(zhuǎn)為公路抵償坐標系坐標值。(表1)

2.4 高程控制測量

在國家一等水準點的基礎(chǔ)上施測四等附合水準路線，聯(lián)測全部四級GPS點。水準觀測采用索佳C32Ⅱ型和索佳B20Ⅱ型自動安平水準儀配雙面區(qū)格式木質(zhì)標尺，記錄采用PC-1500A計算機和南方控制精靈記錄。水準路線觀測結(jié)束，經(jīng)全面檢查確認無誤后，計算外業(yè)觀測高差和概略高程，計算水準標尺長度誤差改正數(shù)，正常水準面不平行的改正數(shù)，水準路線(環(huán)線)閉合差。四等水準平差計算采用廣州開思水準平差軟件計算。

2.5 求取坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)

為后續(xù)的GPS-RTK測量和道路中線放樣工作做好準備工作，按抵償坐標系的要求，在每一個投影分帶內(nèi)將全部同時擁有WGS-84和抵償坐標系坐標的GPS點(全部帶有水準高程)，輸入GPS數(shù)據(jù)處理軟件中求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，再將求得的七參數(shù)導(dǎo)入到GPS手簿中;或者是直接輸入到GPS手簿中求取七參數(shù)。求解七參數(shù)的注意事項:一是公共點應(yīng)能覆蓋擬進行RTK測量的路段，確保RTK測量的可靠性;二是七參數(shù)的轉(zhuǎn)換精度應(yīng)符合測量作業(yè)的精度要求，對參與求解七參數(shù)的公共點要認真分析研究，對含有粗差的公共點要予以剔除，保證七參數(shù)的轉(zhuǎn)換殘差對測量精度影響最小。本項目設(shè)計要求點校正后最大平面殘差不應(yīng)超過±5cm;最大垂直殘差不應(yīng)超過±10cm。校正結(jié)果最大平面較正殘差為3.8cm，最大高程校正殘差為5cm。

2.6 道路中線數(shù)據(jù)準備

在Trimble Geometrics Officel軟件的Roadlink模式下按線段建立路線文件名。根據(jù)勘測設(shè)計單位提供的道路測設(shè)元素表，由直線段開始按起點里程，長度，交點里程，長度，曲率半徑，曲線長度等逐項錄入路線文件中，在錄入過程中軟件會自動根據(jù)里程和曲線要素計算出全部待放樣點的坐標，并逐個顯示道路主點的坐標值，與設(shè)計提供的路線主點坐標值比對無誤就可以繼續(xù)進行，直到一條或一段路線輸入完成后導(dǎo)入電子手簿供放樣使用;或者在Trimble的TSC2電子手簿中選擇道路測量模式直接按上述方法錄入相關(guān)數(shù)據(jù)。在路線輸入的過程中要特別注意曲線的轉(zhuǎn)向方向不能輸錯，還要注意是否有斷鏈情況，如有要重新建立路線文件再錄入。

2.7 道路中線測設(shè)及縱橫斷面測量

(1)基準站和流動站的設(shè)置及檢核:在地勢較高、四周開闊的已知控制點上架設(shè)基準站，正確配置參數(shù)。啟動流動站接收機并完成流動站的配置。設(shè)置完成后在已知控制點上進行比測檢核，設(shè)計要求當(dāng)比測較差≤±7cm以內(nèi)時，方可進行中線放樣和縱斷面測量;在該基準站測量工作結(jié)束之后，還應(yīng)在另一已知控制點上進行比測，比測較差≤±7cm 以內(nèi)時該基準站所測成果才可使用。本項目比測平面較差均小于5cm，且與不同時間、不同測站所測設(shè)中樁比測高程較差均在7cm之內(nèi)，滿足設(shè)計要求。

(2)道路中線測設(shè)和縱斷面測量:根據(jù)預(yù)先建立在TSC2手簿中的工作文件夾，鍵入或調(diào)出待放樣的中樁里程，根據(jù)手簿提示的距離和方位將中樁點放樣在實地，并實時測量中樁的三維坐標，與設(shè)計坐標進行比對，檢核中樁放樣點位精度是否符合設(shè)計要求。采用等外水準測量對中樁高程進行檢測，檢測縱斷面高程中誤差為m=±=±4cm，經(jīng)檢驗高程精度良好符合設(shè)計要求。

(3)橫斷面測量:使用RTK方法或全站儀實時采集各個斷面點的三維坐標數(shù)據(jù)，利用本單位針對該項目開發(fā)的“橫斷面測量軟件”。在內(nèi)業(yè)自動將坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成“緯地”格式，并能被“緯地”軟件讀取生成橫斷面;不需逐個人工錄入。此軟件在橫斷面測量中的使用極大地降低了勞動強度和工作量，提高了生產(chǎn)效率。

3 結(jié)語

GPS測量技術(shù)在線路測量中的應(yīng)用，極大地提高了作業(yè)效率，尤其是GPS-RTK技術(shù)在線路工程測量中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的作業(yè)模式。GPS-RTK技術(shù)具有測量速度快、較高的測量精度并且精度較均勻、點位之間不存在誤差累積，可以實時獲得點位的三維坐標，非常適合線路工程測量中的點位測量，中樁放樣，縱橫斷面測量和線狀地形圖測繪工作。因此，GPS測量技術(shù)尤其是RTK技術(shù)在工程測量領(lǐng)域會有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻

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