盧耀方

（中鐵二十一局集團第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

利用RTK技術(shù)和南方CASS軟件測量和計算路基土方工程量方法的解析

盧耀方

（中鐵二十一局集團第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著鐵路工程、公路工程等的快速發(fā)展，工程建設(shè)的周期進一步壓縮，工程施工快速準(zhǔn)備、快速進場、快速施工、快速完成已經(jīng)是當(dāng)下工程建設(shè)的不二法門。在鐵路、公路等工程建設(shè)中，路基土方工程一直是非常重要的施工內(nèi)容，它往往是整個工程區(qū)段最長、工程量最大，也往往是產(chǎn)生最大效益的施工內(nèi)容。路基土方工程量的確定是極其重要的，只有準(zhǔn)確的測定實際的土方工程量多少，才能把握對上或是對下驗工計價的依據(jù)，才能把握效益的大小。路基施工常穿越不同的地形，原地面起伏不定，這就給土方測量工作帶較大的困難，傳統(tǒng)的土方測量方法為利用水準(zhǔn)儀或全站儀等現(xiàn)場測量記錄高差，內(nèi)業(yè)手工畫圖蓋帽，統(tǒng)計土方量，外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作量巨大，測量周期長。為利用GPS動態(tài)RTK技術(shù)，結(jié)合南方CASS軟件對路基土方外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)計算等方面進行了改進，大大減輕了土方外業(yè)測量的強度和簡化了內(nèi)業(yè)畫圖計算的工作量。

RTK技術(shù)；南方CASS；土方測量；改進；實踐

在鐵路、公路工程等路基施工測量工作中，土方斷面測量工作是外業(yè)工作量和內(nèi)業(yè)畫圖計算量很大的一項工作，它的進度直接影響工程的開工時間。傳統(tǒng)的土方測量方法在路基區(qū)間長、工程量巨大、地形變化復(fù)雜、地面附著物較多的情況下已經(jīng)不能滿足施工的需求，隨著GPS動態(tài)RTK技術(shù)和計算機軟件的快速發(fā)展，為土方測量工作帶來更多的選擇和新的方法。

以TrimbleGPS設(shè)備為實踐，從儀器設(shè)備的架設(shè)、控制點校正、地面數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、處理、斷面生成等方面進行了實踐和研究。

1　傳統(tǒng)土方測量方法和新方法的比較

傳統(tǒng)的土方外業(yè)測量方法是用全站儀或是水準(zhǔn)儀測量原地面的高差，一臺全站儀或是水準(zhǔn)儀要配備1名司鏡人員，1名記錄員、最少兩個跑棱鏡人員，受地形的限制，全站儀往往不能通視，需要經(jīng)常地調(diào)整儀器的架設(shè)位置，浪費了大量的時間；現(xiàn)場人工記錄數(shù)據(jù)也容易出現(xiàn)錯誤；內(nèi)業(yè)畫圖時需要把每一個斷面的高差數(shù)據(jù)輸入到CAD中，然后進行設(shè)計斷面的帶帽，查詢和統(tǒng)計每個斷面的面積，工作量非常大。

新的土方外業(yè)測量方法是利用動態(tài)RTK技術(shù)采集原地面數(shù)據(jù)，基站架設(shè)和控制點校正完成后即可進行采集，設(shè)備足夠多的情況下可以幾個人同時采集，人員不足時1個人也可以完成作業(yè)，不收地形和通視條件的限制，采集距離可達10km，手簿自動記錄數(shù)據(jù)，減少了工作量且不會出錯；內(nèi)業(yè)由南方CASS軟件自動生成斷面和匯總土方量，快速、準(zhǔn)確、出圖和輸出方便，可以節(jié)約大量的人力、物力。

2　動態(tài)RTK技術(shù)

RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果

3　Cass軟件

CASS地形地藉成圖軟件是基于AutoCAD平臺技術(shù)的數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于地形成圖、地藉成圖、工程測量應(yīng)用三大領(lǐng)域，且全面面向GIS，徹底打通數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GIS接口，使用骨架線實時編輯、簡碼用戶化、GIS無縫接口等先進技術(shù)。

4　數(shù)據(jù)采集

4.1儀器設(shè)備校正

將GPS基站架設(shè)到待測路基區(qū)間的大致中間位置，選取地勢較高處，連接好基站和流動站后進行控制點的校正，選取經(jīng)過復(fù)測無誤得控制點，水平控制點不能少于4個，高程控制點不少于3個。校正滿足限差要求后即可進行原地面數(shù)據(jù)的采集。

4.2原地面數(shù)據(jù)采集

1）首先要根據(jù)設(shè)計的曲線要素、中樁坐標(biāo)等資料計算出設(shè)計土方斷面里程的中樁坐標(biāo)和征地線坐標(biāo)，利用動態(tài)RTK技術(shù)進行放樣，這樣能夠有效的控制采集的范圍和點位的密度。

2）數(shù)據(jù)采集要根據(jù)線路施工范圍內(nèi)的地形變化進行，地形起伏變化較大的位置要進行加密斷面采集（一般控制在10m以內(nèi)），變化不大、平坦的位置可適當(dāng)加大采集斷面的距離 （一般控制在20m以內(nèi)），地形陡坎處則上下都要采集。

3）數(shù)據(jù)采集是要對采集點進行編號，不同的流動站要用不同的編號。數(shù)據(jù)采集完成后利用軟件導(dǎo)出為.csv格式文件（excel可進行編輯）。

5　數(shù)據(jù)導(dǎo)入

5.1修改數(shù)據(jù)格式

打開excel對采集數(shù)據(jù)進行編輯，運用CONCATENATE（）公式將名稱、X、Y、H合并為一個單元格數(shù)據(jù)，CONCATENATE（名稱，"，，"，X，"，"，Y，"，"，H），公式中的逗號、雙引號為英文狀態(tài)下格式，公式中名稱后雙引號中間的兩個逗號間為一個空格，合并后數(shù)據(jù)見表1：

表1　數(shù)據(jù)格式

5.2修改數(shù)據(jù)文件格式

1）新建一個.txt格式文件，將excel中合并后的數(shù)據(jù)選擇、復(fù)制、粘貼到新建的.txt格式文件中，并保存。

2）將這個.txt格式文件的后綴名稱改為.dat后綴格式文件。

6　南方CASS中數(shù)據(jù)處理

6.1等高線生成

1）打開CASS軟件，點擊“繪圖處理菜單/展高程點”命令，選擇.dat后綴格式文件，這樣采集的數(shù)據(jù)點就可以展到CASS軟件中了。

2）點擊“等高線/建立DTM”命令，將數(shù)據(jù)點生層三角網(wǎng)，生成后要對三角網(wǎng)數(shù)據(jù)進行檢查，數(shù)據(jù)無誤后可進行下一步。

3）再點擊“等高線/生成等高線”命令，就可以生成采集點的原地面等高線了。

6.2線路中線生成

將計算好的中線平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)用CONCATEN ATE（）公式合并，在CASS中用工具菜單下畫復(fù)合線命令將中線數(shù)據(jù)展到圖中。

6.3里程文件生成

1）點擊菜單“工程應(yīng)用/生成里程/縱斷面線生成/新建”命令，選擇圖中用復(fù)合線命令生成的線路中線，選擇復(fù)合線后。

中樁點獲取方式：選擇等分且處理節(jié)點；橫斷面間距：兩個斷面之間的距離，要根據(jù)地形變化的程度來控制橫斷面間距的大小，平坦處可以為20m，高差起伏較大時可以為10m。

橫斷面左邊、右邊長度：此值為線路中線左邊路基的邊界（一般考慮所計算路基區(qū)間最大邊界值）。

3）設(shè)置完成后再次點擊“縱斷面線生成/生成”命令。

高程點數(shù)據(jù)文件名：選擇.dat后綴格式文件；生成的里程文件名：選擇里程文件的保存的位置和設(shè)置里程文件名稱，里程文件為.hdm格式；斷面線插值間距：此值根據(jù)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)橫向的密度決定，一般設(shè)置為5m；設(shè)置完成后點擊確定即可生成里程文件。

6.4生成土方斷面

1）生成里程文件后即可進行斷2）點擊“工程應(yīng)用”下斷面法土方計算中道路設(shè)計參數(shù)文件，在彈出的對話框中輸入道路的各種參數(shù)，中樁高程、坡度、寬度等，然后保存。

面法土方的計算，土方計算之前要先錄入道路參數(shù)。

圖1　里程文件工具欄

3）點擊“工程應(yīng)用/斷面法土方計算/道路斷面”在選擇里程文件一欄中選擇生成的.hdm格式里程文件，橫斷面設(shè)計文件一欄中選擇保存的道路參數(shù)文件。中樁高程、路寬等參數(shù)輸入與設(shè)計高程相近的任意值即可，軟件會自動引用道路設(shè)計參數(shù)文件中錄入的數(shù)值。輸入完成后點擊確定即可，如圖1所示，斷面圖比例等可以根據(jù)需要調(diào)整，點擊斷面圖位置，在圖上選擇生成的斷面在圖中的坐標(biāo)位置，點擊確定即可生成斷面圖，如圖2所示。

圖2　斷面圖

7　結(jié)束語

利用RTK技術(shù)和南方CASS軟件測量和計算路基土方工程量方法的已經(jīng)在多個項目中實踐檢驗通過，它充分發(fā)揮了GPS測量設(shè)備和計算機軟件的優(yōu)點，大大地縮短了土方測量的周期，減輕了土方測量的工作強度，減少了土方測量的人力投入。

［1］TB10054—2010，鐵路工程衛(wèi)星定位測量規(guī)范［S］.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2010，（8）：1.

［2］倪曉東，南方地形地籍成圖軟件 CASS9.2參考手冊［M］.廣東南方數(shù)碼科技有限公司，2014（2）.

［3］CH/T 2009-201全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范［S］.中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2010.5.1.

［4］顧冠永，GPS動態(tài)RTK測量技術(shù)的應(yīng)用與體會［J］.中國西部科技，2009（10）.

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