杜學(xué)華

(1.石嘴山市規(guī)劃管理局,寧夏石嘴山 753000; 2.石嘴山市城市測繪隊,寧夏石嘴山 753000)

全數(shù)字化坐標(biāo)放樣在規(guī)劃監(jiān)督測量中的應(yīng)用

杜學(xué)華1,2?

(1.石嘴山市規(guī)劃管理局,寧夏石嘴山 753000; 2.石嘴山市城市測繪隊,寧夏石嘴山 753000)

基于規(guī)劃監(jiān)督測量中放線測量工作的特殊性,結(jié)合本單位的測繪生產(chǎn)平臺,提出全數(shù)字化坐標(biāo)放樣的方法和思路。通過實例介紹了利用CASS地形地籍成圖軟件自動提取放樣點坐標(biāo)、采用GPS RTK或全站儀放樣的具體流程,驗證了全數(shù)字化坐標(biāo)放樣方法的可行性和優(yōu)越性。該方法可以大幅度提高作業(yè)效率和放樣精度,不僅能充分滿足規(guī)劃監(jiān)督測量中放線測量的需要,對其他工程中的放樣測量工作也具有一定的借鑒價值。

規(guī)劃監(jiān)督;測量;全數(shù)字化;坐標(biāo)放樣;CASS;GPS RTK

1 引 言

規(guī)劃監(jiān)督測量是加強城市建設(shè)和規(guī)劃管理的一項重要基礎(chǔ)性工作,規(guī)劃監(jiān)督測量的內(nèi)容主要包括放線測量,灰線驗線測量、±0層驗線測量和驗收測量。作為規(guī)劃監(jiān)督測量工作的首要環(huán)節(jié),放線測量的重要性不言而喻。規(guī)劃放線測量的特殊性在于必須采用城市統(tǒng)一的平面坐標(biāo)系統(tǒng),需要根據(jù)城市規(guī)劃主管部門出具的條件、條件點坐標(biāo)和施工圖等資料,獲取建(構(gòu))筑物外墻角點坐標(biāo);樁點必須統(tǒng)一編號,同一項目內(nèi)的樁點編號不能重復(fù)。

放線測量以往主要采用解析法,如解析實釘法和解析撥釘法。但解析法放樣內(nèi)業(yè)、外業(yè)都需要大量的手工計算,坐標(biāo)數(shù)據(jù)手工輸入,無法完全避免人為因素導(dǎo)致的錯誤,作業(yè)效率較低,難以滿足建設(shè)規(guī)模大、單體建筑數(shù)量多、放樣點數(shù)多的工程項目。而利用專業(yè)繪圖軟件預(yù)先采集到待測設(shè)點的基于城市坐標(biāo)系的平面坐標(biāo),并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件,上傳到GPS RTK的電子手簿或者全站儀中,利用儀器的坐標(biāo)放樣功能,就可以實現(xiàn)任意設(shè)站測設(shè)待放樣點位,無需人工進行任何計算,我們稱這種測設(shè)方法為全數(shù)字化坐標(biāo)放樣。全數(shù)字化坐標(biāo)放樣方法較解析法放樣自動化程度大幅度提高,作業(yè)效率高,精度可靠,可以很好地滿足規(guī)劃放線測量的需要,尤其對于建設(shè)規(guī)模大、單體建筑數(shù)量多、放樣點數(shù)多的項目,更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。

2 基于CASS和GPS RTK的全數(shù)字化坐標(biāo)放樣

2.1 CASS

CASS地形地籍成圖軟件是基于AutoCAD平臺技術(shù)進行二次開發(fā)的GIS前端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于地形成圖、地籍成圖、工程測量應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)建庫等領(lǐng)域。因其功能強大、操作界面簡單方便,自軟件推出以來,已經(jīng)成長業(yè)內(nèi)認可度較高的主流成圖系統(tǒng)。

2.2 GPS RTK

RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是GPS實時動態(tài)定位的簡稱,是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分技術(shù)。RTK定位是通過基準(zhǔn)站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)(如偽距或相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)(如基準(zhǔn)站坐標(biāo))傳輸給流動站接收機,流動站快速求解整周模糊度,在觀測到4顆以上衛(wèi)星后,可以在1 s～2 s的時間里實時地求解出厘米級流動站動態(tài)位置坐標(biāo)。這項技術(shù)自20世紀(jì)90年代初一經(jīng)問世,極大地拓展了GPS的使用空間,使GPS從只能做控制測量的局面中擺脫出來,開始廣泛運用于工程測量。由于該技術(shù)具有點與點之間不需要通視,可大幅度提高作業(yè)效率、節(jié)省勞動成本和勞動力等優(yōu)點,在一、二、三級平面控制和圖根控制、碎部測量、規(guī)劃定線、驗線以及城市道路測量等方面得到了廣泛應(yīng)用。

目前大部分GPS RTK設(shè)備都是采用PDL電臺來進行基準(zhǔn)站和流動站之間的數(shù)據(jù)通訊。PDL電臺采用UHF波段進行數(shù)據(jù)通訊,容易受到測區(qū)內(nèi)其他電磁波信號的干擾,造成流動站無法穩(wěn)定地接收到基準(zhǔn)站發(fā)送的差分改正數(shù),導(dǎo)致長時間無法得到RTK固定解,影響作業(yè)效率。

隨著GSM網(wǎng)絡(luò)的完善及其覆蓋范圍的不斷擴大,在城區(qū)及其周邊地區(qū)采用GSM網(wǎng)絡(luò)來替代電臺進行RTK差分改正的數(shù)據(jù)通訊已經(jīng)達到了實用化。

近年來,筆者基于CASS和GPS RTK,利用GSM網(wǎng)絡(luò),采用全數(shù)字化坐標(biāo)放樣方法,完成1 000余件規(guī)劃放線測量工作,放樣條件坐標(biāo)點4 000余個,沒有出現(xiàn)錯漏,取得了較好的實用效果。

3 全數(shù)字化坐標(biāo)放樣流程

全數(shù)字化坐標(biāo)放樣流程(以GPS RTK為例)如圖1所示:

圖1 全數(shù)字化坐標(biāo)放樣流程圖

3.1 放樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

目前,建設(shè)單位報批規(guī)劃放線手續(xù),除了提供紙質(zhì)的規(guī)劃平面圖,同時提供電子版圖件,一般均可利用CASS軟件讀取和處理。使用CASS軟件的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等操作對電子版規(guī)劃平面圖進行修改和編輯,使圖上標(biāo)注的坐標(biāo)值與查詢的坐標(biāo)值一致。利用CASS軟件的指定點生成數(shù)據(jù)文件功能,提取各設(shè)計條件點準(zhǔn)確坐標(biāo),數(shù)據(jù)格式為*.dat,然后轉(zhuǎn)換成GPS RTK可識別*.tsk坐標(biāo)文件格式,通過數(shù)據(jù)線或者藍牙上傳至GPS RTK的電子手簿。

3.2 繪制放線點位示意圖

利用CASS軟件的展點號功能,將生成的數(shù)據(jù)文件的點號展繪在經(jīng)編輯和修改過的電子版規(guī)劃平面圖上,標(biāo)注相關(guān)尺寸,并檢查坐標(biāo)數(shù)據(jù)、尺寸關(guān)系,確保其正確。打印帶有點號、坐標(biāo)及尺寸的放線圖,以備現(xiàn)場放樣時檢核使用。

3.3 GPS RTK設(shè)置

如果測區(qū)附近有現(xiàn)成的RTK基準(zhǔn)站點,只需要架設(shè)基準(zhǔn)站進行相關(guān)設(shè)置,并檢查附近高等級控制點,誤差在允許范圍之內(nèi)時即可開始放樣。

如果測區(qū)附近沒有可利用的現(xiàn)成基準(zhǔn)站點,則可以就近架設(shè)基準(zhǔn)站。選擇基準(zhǔn)站應(yīng)注意以下幾點:

(1)衛(wèi)星高度角在15°以上,四周開闊,無大型遮擋物;

(2)沒有強電磁波干擾(200 m內(nèi)沒有微波站、雷達站等,100 m內(nèi)無高壓線);

(3)使用PDL電臺作業(yè)時,基準(zhǔn)站盡量架設(shè)在較高位置,基準(zhǔn)站和流動站之間最好無大型遮擋物,否則差分傳播距離會迅速縮短;

(4)基準(zhǔn)站點應(yīng)做固定標(biāo)記,以備今后驗線、驗收測量時使用。

基準(zhǔn)站完成設(shè)置后,流動站采集兩個已知高等級控制點的坐標(biāo),然后在電子手簿上現(xiàn)場進行關(guān)聯(lián)解算,獲得轉(zhuǎn)換參數(shù),并以城市坐標(biāo)替換當(dāng)前坐標(biāo);檢查第三個高等級控制點,誤差在允許范圍之內(nèi)時方可開始作業(yè)。

3.4 坐標(biāo)放樣

進入GPS RTK電子手簿的點放樣模式,打開預(yù)先上傳的*.tsk格式坐標(biāo)文件,根據(jù)手簿提示逐一放樣條件坐標(biāo)點。每完成一個點的放樣,實時采集當(dāng)前點實際坐標(biāo),將其編碼為“s+點號”,并和該點條件坐標(biāo)比對,誤差值不超限再進行下一個點的放樣。

3.5 繪制放線成果圖及坐標(biāo)成果表

完成外業(yè)坐標(biāo)放樣后,需要在放線示意圖的基礎(chǔ)上繪制放線成果圖,并以放線坐標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)制作放線坐標(biāo)成果表。放線成果圖應(yīng)與規(guī)劃平面圖保持一致,要全面反映出建設(shè)項目名稱、建筑物的坐落位置、四至關(guān)系、北方向、長寬尺寸、條件點點號、放線單位名稱及放線日期等相關(guān)信息。

3.6 提交放線成果

規(guī)劃放線單、規(guī)劃平面圖、放線成果圖及放線坐標(biāo)成果表共同組成一份完整的規(guī)劃放線成果資料,經(jīng)質(zhì)檢審核后及時存檔并提交給建設(shè)單位。

4 實例應(yīng)用

以紅領(lǐng)喜來小區(qū)規(guī)劃放線為例介紹全數(shù)字化坐標(biāo)放樣過程。

紅領(lǐng)喜來小區(qū)項目是政府安居工程項目,規(guī)模較大,單體建筑多達42棟。采用本文所述方法,共提取條件點290個,數(shù)據(jù)文件命名為“紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).dat”,數(shù)據(jù)格式為“點名,編碼,Y(E),X(N),H”,如圖2所示:

將“紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).dat”用自編程序或Excel轉(zhuǎn)換成“紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).tsk”文件,數(shù)據(jù)格式為“點名_, X(N),Y(E),H”,如圖3所示:

圖2 紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).dat

圖3 紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).tsk

將“紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).tsk”文件上傳至GPS RTK的電子手簿,繪制并打印放線點位示意圖(存儲格式為DWG格式),如圖4所示:

圖4 紅領(lǐng)喜來放線點位示意圖(局部)

將基準(zhǔn)站架設(shè)在距離測區(qū)不足1 km的原有基準(zhǔn)站點“GRSJ”(基準(zhǔn)站點名)上,利用GSM網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通訊,完成設(shè)置和檢查后即進入測區(qū)開始放線測量。由于點數(shù)較多,該項目放線測量分兩次進行,兩次作業(yè)總計用時4 h,較以往的解析放樣法提高效率5倍以上。

完成外業(yè)放線后,需及時繪制規(guī)劃放線成果圖,放線成果圖直接在點位示意圖的基礎(chǔ)上補充完善相關(guān)信息即可,如圖5所示:

圖5 紅領(lǐng)喜來放線成果圖(局部)

將“紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).dat”文件導(dǎo)入Excel,自動生成放線坐標(biāo)成果表,以附表形式附在放線成果圖后,如圖6所示:

圖6 紅領(lǐng)喜來放線成果表

繪制放線成果圖及生成放線坐標(biāo)成果表,單人操作幾分鐘內(nèi)就可以輕松完成。

5 精度分析

RTK基準(zhǔn)站點的可靠性直接影響著放線測量的精度,因此,除了在選擇基準(zhǔn)站點位、設(shè)置基準(zhǔn)站時嚴(yán)格按照3.3節(jié)所述要求進行外,起算點盡量選擇較高等級已知點。前述基準(zhǔn)站點“GRSJ”(基準(zhǔn)站點名)起算點為2012年更新的石嘴山市四等GPS點,精度可靠,充分保證了基準(zhǔn)站點的解算精度。

為了進一步了解全數(shù)字化坐標(biāo)放樣方法的可靠性,在“紅領(lǐng)喜來放線坐標(biāo).dat”文件的1～100、101～200、201～290三個號段各隨機選取了20個點(共計60個點)作為樣本,以實地放樣時采集的校核坐標(biāo)為參照,簡單分析一下放樣精度。

6 結(jié) 語

由于?.dat文件、?.tsk文件、放線點位示意圖、放線點位成果圖等都是以電子版文件形式進行存儲,因而在樁點遭到破壞或有特殊情況需要重新放樣時,可以十分方便地重新傳輸數(shù)據(jù)和實施放樣。在后期的灰線驗線測量、±0層驗線測量和竣工驗收測量等環(huán)節(jié),DWG格式的電子版放線成果圖可以和驗線測量、竣工驗收測量等成果進行直觀的疊加比對和檢核,將為規(guī)劃監(jiān)察部門的執(zhí)法監(jiān)督工作帶來很多便利。

隨著測繪技術(shù)的進步和社會經(jīng)濟的發(fā)展,許多城市建立了CORS系統(tǒng),并得到了迅速的發(fā)展,有些已經(jīng)基本實現(xiàn)了城市區(qū)域覆蓋,為城市基礎(chǔ)地理空間信息的采集和應(yīng)用提供了極大便利?？梢灶A(yù)見,基于CORS系統(tǒng)的GPS RTK測量技術(shù)在今后將得到更為廣泛的應(yīng)用。除規(guī)劃監(jiān)督測量外,在施工測量、撥地測量和道路定線測量等領(lǐng)域,全數(shù)字化坐標(biāo)放樣方法的應(yīng)用價值也將得到進一步體現(xiàn),它將逐步替代傳統(tǒng)的放樣方法,成為一種新的發(fā)展趨勢。需要注意的是,在內(nèi)業(yè)處理電子版圖件、提取坐標(biāo)數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié),要仔細進行檢核校對,以免出現(xiàn)錯漏。實地放樣時,在一些高大建筑物附近和樹木密集的區(qū)域,受多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星高度角及流動站上方遮擋物的影響,GPS信號會受到不同程度的干擾,獲得窄帶固定解的速度會變得十分緩慢,甚至無法獲得窄帶固定解,難以保證較高的放樣效率和精度。這種情況下,可以采用GPS RTK在相對空曠處測設(shè)臨時控制點,配合全站儀進行放樣,同樣可以保證較高的放樣效率和足夠的精度。

[1] 顧有兵.全野外數(shù)字化放樣系統(tǒng)模式的探討[J].現(xiàn)代測繪,2010(3):40～42.

[2] 余小龍,胡學(xué)奎.GPS RTK技術(shù)的優(yōu)缺點及發(fā)展前景[J].測繪通報,2007(10):39～41.

[3] 唐爭氣.全數(shù)字坐標(biāo)放樣內(nèi)外業(yè)一體化的探索[J].城市勘測,2012(1):135～137.

[4] 鄒仁均.網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在成都市城市測量中的應(yīng)用[J].城市勘測,2007(3):20～22.

[5] 廣東南方數(shù)碼科技有限公司.CASS7.0實用教程[R].

[6] 周忠謨,易杰軍,周琪.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1999.

[7] 謝啟祥.中文版Excel 2007電子表格實用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[8] 陳明,張鵬,孫占義.GPS多路徑誤差分析及探測方法[J].測繪工程,2011,20(5):29～32.

[9] 汪偉,馬華山,史廷玉等.基于CORS的單基站RTK點位檢校與精度評定[J].測繪通報,2013(11);52～54.

Fully Digital Coordinate Lofting in Planning the Application of the Supervision and Measurement

Du Xuehua1,2
(1.Shizuishan City Planning Administration,Shizuishan 753000,China; 2.Shizuishan City Mapping Team,Shizuishan 753000,China)

Based on measurements of the planning authority actinomycetes measurements particularity,production platform combining mapping of the unit,proposed all-digital coordinate stakeout methods and ideas.CASS by example describes the use of land by the terrain mapping software automatically extracts stakeout point coordinates,specific processes using GPS RTK or total station loft,verified all digital coordinates lofting feasibility and superiority.The method can greatly improve the working efficiency and accuracy staked,not only can fully meet the program monitoring measurements actinomycetes measurement needs,on other projects in the loft measurements also has some reference value.

planning authority;measurement;fully digital;coordinate stakeout;CASS;GPS RTK

2014—03—21

杜學(xué)華(1973—),男,工程師,主要從事工程測量和GIS應(yīng)用研究工作。