吳 軍

(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院, 四川成都 610000)

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利用VB編程快速處理RTK測(cè)量道路橫斷面數(shù)據(jù)

吳 軍

(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院, 四川成都 610000)

文章主要研究了RTK在道路測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀及使用VB編程快速準(zhǔn)確的處理RTK測(cè)量的道路橫斷面數(shù)據(jù)的方法，提出了利用硬件和軟件結(jié)合進(jìn)行內(nèi)外業(yè)一體化的道路斷面測(cè)量方法。通過(guò)實(shí)踐證明，該方法是可行的，達(dá)到了提高效率和自動(dòng)化程度的目的，斷面數(shù)據(jù)精度也得到了提高，為快速進(jìn)行斷面測(cè)量和地面土方計(jì)算提供了解決方案。

VB； RTK； 道路斷面測(cè)量； 南方CASS； 緯地軟件

1 RTK技術(shù)在道路測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 RTK技術(shù)在道路測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀

實(shí)現(xiàn)測(cè)量方式的自動(dòng)化、一體化一直是測(cè)繪工作者追求的目標(biāo)。測(cè)量工作在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段都不可缺少，而且同一測(cè)站要重復(fù)工作五六次，甚至十來(lái)次。野外工作周期較長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，生產(chǎn)成本居高不下。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，GPS-RTK技術(shù)逐漸趨于成熟，它所具有的高精度、快速度和強(qiáng)可靠性為道路勘測(cè)一體化的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的保障。

RTK技術(shù)在道路勘測(cè)方面主要用于低等級(jí)控制點(diǎn)的加密、數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)采集、中線放樣、縱橫斷面測(cè)量等方面。RTK測(cè)量包含有三維信息，在中線平面位置放樣的同時(shí)，可獲得道路縱斷面。因此越來(lái)越多的道路勘測(cè)單位開(kāi)始使用RTK采集道路的縱橫斷面。

1.2 RTK技術(shù)在道路測(cè)量中的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)工作效率高。在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測(cè)量完4 km半徑的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的設(shè)站次數(shù)。移動(dòng)站一人操作即可，勞動(dòng)強(qiáng)度低，作業(yè)速度快，提高了工作效率。

(2)定位精度高。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4 km)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。

(3)全天候作業(yè)。RTK測(cè)量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波”通視，因此和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK測(cè)量受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小，能進(jìn)行快速高精度定位，使測(cè)量工作變得更容易更輕松。

(4)RTK測(cè)量自動(dòng)化、集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，可進(jìn)行多種測(cè)量?jī)?nèi)、外業(yè)工作。移動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng)，無(wú)需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，減少了輔助測(cè)量工作和人為誤差，保證了作業(yè)精度。

1.2.2 缺點(diǎn)

(1)受衛(wèi)星狀況限制。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置對(duì)美國(guó)是最佳時(shí)段，其他國(guó)家在某一時(shí)間段就不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。另外在高山峽谷及密集森林區(qū)域、城市高樓密布區(qū)域，衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，使一天中可作業(yè)時(shí)間受限制。

(2)RTK耗電量較大，需要多個(gè)大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)作業(yè)受到限制。

2.1.3 疾病的進(jìn)展：帕金森病的不可預(yù)測(cè)性和不能阻止或減緩疾病進(jìn)展的特性，可能給患者帶來(lái)內(nèi)心的不確定性和心理壓力[13]。患者出現(xiàn)對(duì)疾病信念的改變，經(jīng)常抱怨不被理解甚至被誤解，總感覺(jué)他人在關(guān)注自身的異常之處[14]。隨著病程延長(zhǎng)，病情進(jìn)行性加重，逐漸喪失勞動(dòng)力，使得患者被迫放棄自己的日常工作和社交生活，加重社會(huì)隔離。

(3)軟件配套問(wèn)題。由于RTK只提供硬件支持，對(duì)于RTK所采集的三維數(shù)據(jù)沒(méi)有相應(yīng)的軟件處理，因此利用VB編程來(lái)使RTK所采集的三維數(shù)據(jù)變成緯地軟件可以直接使用的數(shù)據(jù)就是我們要研究的主要方向。

2 利用VB編程處理RTK測(cè)量的道路橫斷面數(shù)據(jù)

2.1 外業(yè)使用RTK采集道路縱橫斷面的情況

外業(yè)測(cè)量開(kāi)始前，要進(jìn)行對(duì)點(diǎn)的校核，找準(zhǔn)控制點(diǎn)(至少3個(gè))，即開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量工作。

(1)中線測(cè)量：測(cè)量時(shí)選路線前進(jìn)方向地形變化位置放置流動(dòng)站，每一個(gè)里程為一段分隔距離，由已知控制點(diǎn)，流動(dòng)站手簿軟件即可顯示此點(diǎn)距離中樁偏移距離及實(shí)際高程，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)，移動(dòng)流動(dòng)站至地形變化點(diǎn)的中樁位置，偏值精度到正負(fù)5 cm，即可打樁并在手薄中記錄樁號(hào)、高程。重復(fù)作業(yè)可實(shí)時(shí)測(cè)得所有里程全部中樁點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

(2)橫斷面點(diǎn)測(cè)量：在已知中樁的垂直方向上，移動(dòng)流動(dòng)站依次至此樁的橫斷面方向地形變化點(diǎn)處，在距中線左右各20 m(根據(jù)實(shí)際需要)范圍內(nèi)測(cè)出中線垂直方向上點(diǎn)的三維坐標(biāo)。為繪制橫斷面需求，保持左右方向上的點(diǎn)大致在一個(gè)方向上，并根據(jù)實(shí)際地形的變化走勢(shì)，在地形復(fù)雜的溝、渠、坎、土堆、坑、塘等加密測(cè)量特征點(diǎn)。隨著RTK技術(shù)的發(fā)展，RTK儀器上都逐步自帶道路放線程序，在程序中選定橫斷面測(cè)量，即可看到該中樁的橫斷面方向，使測(cè)量人員在測(cè)量橫斷面的時(shí)候不會(huì)偏離斷面方向。

2.2 利用VB編程處理RTK測(cè)量的橫斷面數(shù)據(jù)

2.2.1 數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和預(yù)處理

將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，對(duì)不同里程的多組作業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，檢查數(shù)據(jù)，對(duì)每次采集回的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行檢核，以免漏點(diǎn)，給后期的斷面繪制造成影響。同時(shí)對(duì)超限數(shù)據(jù)及在外業(yè)采集時(shí)誤操作記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，對(duì)點(diǎn)位不能滿足計(jì)算要求的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

導(dǎo)出RTK測(cè)量的中樁及橫斷面數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

表1 中樁數(shù)據(jù)

表2 橫斷面數(shù)據(jù)

2.2.2 利用VB編程處理導(dǎo)出的數(shù)據(jù)

為了得到緯地軟件可以直接使用的道路斷面數(shù)據(jù)，則需要從導(dǎo)出的中樁數(shù)據(jù)和橫斷面數(shù)據(jù)中提取有用的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。緯地軟件能夠讀取的橫斷面數(shù)據(jù)格式為：樁號(hào)；左斷面數(shù)字組數(shù)為平距、高差、平距、高差(平距的相對(duì)高差，向上為正，反之為負(fù))；右斷面數(shù)字組數(shù)為平距、高差、平距、高差。打開(kāi)VB程序，新建工程，建立窗體，布局如圖1所示。

圖1 VB窗體布局

(1)讀取中樁數(shù)據(jù)。選取中樁數(shù)據(jù)中有用的部分，即中樁的樁號(hào)和其對(duì)應(yīng)的高程。

(2)讀取橫斷面數(shù)據(jù)。選取橫斷面數(shù)據(jù)中有用的部分，樁號(hào)、各斷面點(diǎn)高程及其到相應(yīng)中樁的距離。由于在野外測(cè)量中，各斷面點(diǎn)測(cè)量的順序不固定，并且同一個(gè)斷面也有可能由一個(gè)或多個(gè)人員測(cè)量，因此要首先利用VB程序?qū)M斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，將同一樁號(hào)的斷面數(shù)據(jù)排列在一起；其次再按照左右方向，和到中樁的距離遠(yuǎn)近分別排序，方便程序的后續(xù)計(jì)算，通過(guò)多個(gè)循環(huán)語(yǔ)句即可達(dá)到所需要的效果。

(3)生成成果數(shù)據(jù)。首先計(jì)算同一樁號(hào)斷面點(diǎn)到中樁的平距和高差，各相鄰斷面點(diǎn)之間的平距和高差，得到該斷面所需的成果數(shù)據(jù)。再通過(guò)不斷循環(huán)，得到所有樁號(hào)的成果數(shù)據(jù)。將得到的成果數(shù)據(jù)，按照緯地軟件所需的橫斷面數(shù)據(jù)格式輸出，即可得到最終的橫斷面文件，最后導(dǎo)出并保存(圖2)。

圖2 程序使用情況

2.3 對(duì)成果數(shù)據(jù)的檢查

在南方CASS中，輸入APPload，加載橫斷面繪圖工具。該程序同樣是VB程序編寫(xiě)，讀取最終的橫斷面成果數(shù)據(jù)，通過(guò)平距和高差，將各樁號(hào)的橫斷面在CASS中以圖形的方式表示出來(lái)(圖3)。

通過(guò)對(duì)圖形的觀察，可以檢查出各橫斷面測(cè)量中的問(wèn)題，加以改正。若問(wèn)題較大，則外業(yè)重新測(cè)量該橫斷面。其中如果是因?yàn)闇y(cè)量距離不滿足道路設(shè)計(jì)需要的，則只需要補(bǔ)充測(cè)量該橫斷面不夠的斷面點(diǎn)，無(wú)需重新測(cè)量整個(gè)橫斷面，減少了外業(yè)工作的時(shí)間，提高了作業(yè)效率。

圖3 CASS中繪制橫斷面

3 總結(jié)

RTK方法測(cè)量結(jié)果精度高(橫斷面方向控制準(zhǔn)確，平距、高程精確到2 cm以?xún)?nèi))，且布點(diǎn)靈活，測(cè)量速度較快，配備測(cè)量人員數(shù)量較常規(guī)的橫斷面測(cè)量少，可以既快又準(zhǔn)的完成道路的橫斷面測(cè)量工作。在應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量過(guò)程中，每次作業(yè)前至少對(duì)一個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)檢查，確保RTK作業(yè)系統(tǒng)工作正常后方可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。否則，造成的控制點(diǎn)信息輸入錯(cuò)誤等，給后續(xù)作業(yè)帶來(lái)的影響不可輕視，關(guān)系到整個(gè)工程的順利進(jìn)行。

使用這套一體化的方法大大減少了人工干預(yù)，在極大程度上避免了人為因素所造成的差錯(cuò)。內(nèi)業(yè)由程序完成，提高了內(nèi)業(yè)斷面處理速度，使作業(yè)員從傳統(tǒng)的大量的內(nèi)業(yè)中解脫出來(lái)，從而提高了內(nèi)業(yè)工作效率。同時(shí)，由于程序本身的斷面自檢功能，減少了斷面出錯(cuò)的可能性，也減少了檢查和校核工作量。采用了本系統(tǒng)進(jìn)行工程斷面測(cè)量，充分應(yīng)用了RTK的功能，必將降低內(nèi)、外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著提高工作效率，并使測(cè)量資料從野外采集、內(nèi)業(yè)處理、數(shù)據(jù)管理更具可靠性，實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪產(chǎn)品的數(shù)字化，確保了成果質(zhì)量，使工程斷面測(cè)量技術(shù)向自動(dòng)化方向邁進(jìn)了一大步。

吳軍(1986～)，男 ，本科 ，助理工程師 ，從事工程測(cè)繪工作。

U412.24+3

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[定稿日期]2017-03-23