劉 鑫，朱 福，舒 航，孟令聰，于成江，尚樺雨

(吉林建筑大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院 長春市 130118)

道路縱橫斷面測量是以繪制縱、橫斷面圖為最終目的，按照相關(guān)技術(shù)要求在實地采集地貌特征點三維坐標的測量過程[1-2]。道路縱斷面測量又稱線路水準測量，其主要任務(wù)是測定中樁的地面高程，繪制道路縱斷面圖，用于線路縱坡設(shè)計，傳統(tǒng)方法是采用水準儀先基平測量，后中平測量。道路橫斷面測量是測定各中樁兩側(cè)垂直于中線方向的地面高程，傳統(tǒng)方法是用皮尺和水準儀相結(jié)合方法測出各地形特征點相對于中樁的平距和高差，繪制道路橫斷面圖，用于路基設(shè)計與土石方量計算[3-4]。

隨著測繪技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是GNSS的廣泛應(yīng)用，改進了傳統(tǒng)的測量方式，外業(yè)測繪工作的勞動強度大大降低，工作效率大大提高，工作方式及工作環(huán)境顯著改善[1-4]。GNSS-RTK技術(shù)可為厘米級精度需求的工程提供快速的測量和放樣服務(wù)。因此，有必要就GNSS-RTK的工作原理、系統(tǒng)組成及用于道路縱橫斷面測量的可行性開展深入的研究。

1 GNSS-RTK工作原理與系統(tǒng)組成

GNSS是個綜合性概念，泛指美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo及中國的BDS[5]。GNSS-RTK是一種實時動態(tài)測量技術(shù)，可分為常規(guī)RTK(Standard RTK)和網(wǎng)絡(luò)RTK(Network RTK)兩種類型。RTK的工作原理為載波相位差分原理。

1.1 常規(guī)RTK

常規(guī)RTK的基本工作思想是在基準站上安置一臺GNSS接收機，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并通過無線傳輸設(shè)備(內(nèi)置電臺或外置電臺)實時地將觀測數(shù)據(jù)及基準站坐標信息傳送給流動站；流動站一方面通過接收機接收GNSS衛(wèi)星信號，同時還通過無線電接收設(shè)備接收基準站傳送的觀測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地處理數(shù)據(jù)，并實時地以厘米級的精度給出流動站的三維坐標。常規(guī)RTK系統(tǒng)組成包括：GNSS接收設(shè)備，基準站與移動站間的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實時動態(tài)測量軟件系統(tǒng)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)RTK

網(wǎng)絡(luò)RTK是基于連續(xù)運行參考站(CORS)的網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)定位系統(tǒng)的簡稱。其基本工作思想是在某一區(qū)域構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋的多個GNSS參考站，利用載波相位觀測值，以這些參考站中的一個或多個為基準計算和播發(fā)GNSS改正信息，對該區(qū)域內(nèi)的用戶進行實時改正定位。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)組成包括：連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CORS)，數(shù)據(jù)處理中心，用戶。

1.3 常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK的區(qū)別

(1)常規(guī)RTK的作業(yè)前提是基線兩端大氣傳播誤差強相關(guān)，因此流動站相對于基準站的距離一般應(yīng)小于15 km；

(2)常規(guī)RTK要求實時或準實時解算，因而多余觀測數(shù)大大減少，解算的整周未知數(shù)質(zhì)量較低；

(3)常規(guī)RTK的數(shù)據(jù)傳輸方式與定位解算模式很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)和解算結(jié)果的實時質(zhì)量控制。

網(wǎng)絡(luò)RTK較好地解決了上述問題，保證了流動站的定位精度，拓寬了RTK的應(yīng)用范圍。

2 道路縱橫斷面數(shù)據(jù)采集方法

本研究以上海華測導(dǎo)航技術(shù)有限公司生產(chǎn)的T8型GNSS接收機與多平臺LandStar7.0測量軟件為例，說明利用RTK技術(shù)對道路縱橫斷面測量的具體方法。

2.1 T8型GNSS接收機與LandStar7.0軟件簡介

T8型GNSS接收機的常規(guī)RTK精度為：平面±(8+1×10-6×D)mm，高程±(15+ 1×10-6×D)mm；網(wǎng)絡(luò)RTK精度為：平面±(8 + 0.5×10-6×D)mm，高程±(15+ 0.5×10-6×D)mm。其突出特性包括220通道北斗全星座，支持30°以內(nèi)傾斜測量功能，4G網(wǎng)絡(luò)高速傳輸功能，具有云端智能升級功能等。

LandStar7.0測量軟件結(jié)合了實際工程經(jīng)驗和GNSS作業(yè)優(yōu)勢，集點測量、地物測量、點放樣、線放樣、點校正、面積周長、角度轉(zhuǎn)換、三參數(shù)和七參數(shù)的計算等功能于一身，能夠較好地滿足測量行業(yè)的各種工程需求。

2.2 道路縱橫斷面測量前的準備工作

(1)收集測區(qū)資料；

(2)基準站設(shè)置；

(3)流動站設(shè)置；

(4)點校正。

2.3 道路縱橫斷面測量實施步驟

(1)道路中樁放樣與縱斷面測量

LandStar7.0測量軟件中道路放樣模塊提供了元素法與交點法兩種平面曲線計算方法。

元素法首先在編輯界面選擇元素類型，輸入曲線要素。直線需輸入方位角和長度；圓曲線需輸入半徑和長度，選擇是左偏或右偏；出/入緩和曲線需輸入起始半徑、終止半徑、長度，當(dāng)起始半徑、終止半徑留空或為0時對應(yīng)的半徑為無窮大。輸入完畢，點擊OK，將該曲線添加到曲線列表中。全部曲線輸入完畢，點擊確認，使輸入的參數(shù)生效，程序進行整條道路曲線的計算。

交點法首先在編輯界面輸入起點坐標和樁號，點擊OK，在列表中添加相應(yīng)行，然后再次點擊追加，輸入第一個交點的坐標和對應(yīng)的曲線組合類型及要素。在類型下拉列表中選擇曲線的組合類型(圓弧、緩/緩、緩/圓/緩、點)。根據(jù)所選的曲線組合類型，分別填入所需的數(shù)據(jù)(半徑、圓曲線長、入緩和曲線長、出緩和曲線長)。輸入完畢后，點擊確認，使所輸入的數(shù)據(jù)生效。采用相同的方法依次添加各交點及對應(yīng)數(shù)據(jù)要素。最后點擊追加，輸入終點坐標。全部輸入完畢點擊確認，使輸入?yún)?shù)生效，程序進行整條道路曲線的計算。

點擊【測量】→【道路放樣】，進入道路放樣界面，打開已有道路文件，準備放樣。在放樣選項里，使用里程作為點名，設(shè)置放樣限差，當(dāng)不滿足限差測量時，軟件將彈出警告提示“距離超出限制，是否繼續(xù)測量”。在測量選項里，可選擇的放樣指示方法有顯示北、東類型；顯示橫偏縱偏；根據(jù)當(dāng)前位置實時顯示里程；顯示設(shè)置里程的坐標。輸入中樁里程，根據(jù)提示放樣，并進行三維坐標測量，即縱斷面測量。

(2)道路橫斷面測量

在【道路放樣】界面，測量選項里勾選橫斷面，即進入橫斷面測量模式，在道路視圖中出現(xiàn)一條與道路曲線垂直的紅色線條表示橫斷面。橫斷面采集時，一般是縱偏接近于0，表示當(dāng)前位置在橫斷面上；橫偏不為0，表示測量位置與中樁的距離。橫偏為負值，表示當(dāng)前位置在道路左邊；橫偏為正值，表示當(dāng)前位置在道路的右邊。點位選好后，點擊測量即可獲取三維坐標數(shù)據(jù)，以此類推，完成道路橫斷面測量。

2.4 道路縱橫斷面測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出

進入LandStar7.0測量軟件中的【道路管理】界面，單擊導(dǎo)出，可選擇導(dǎo)出常用的緯地、海地格式的橫斷面、縱斷面數(shù)據(jù)，并且可以導(dǎo)出中樁坐標的詳細測量成果。

3 實例分析

依托學(xué)校公路勘測實習(xí)基地，進行了道路控制網(wǎng)布設(shè)與道路線型設(shè)計。開展了道路逐樁坐標計算與中樁坐標放樣，采用T8型GNSS與博飛自動安平水準儀，分別就設(shè)計道路縱橫斷面進行了測量，部分點位的RTK高程與水準高程測量結(jié)果，見表1。

表1 RTK測量高程與水準測量高程的比較

由表1可知，RTK高程與水準高程最大差值不超過4 cm。GNSS-RTK高程能滿足道路縱橫斷面設(shè)計的精度要求。

為了體現(xiàn)RTK技術(shù)一次性測量過程的優(yōu)勢，將RTK技術(shù)一次性測量與水準測量方法進行了比較，結(jié)果見表2。

表2 RTK技術(shù)與傳統(tǒng)測量方法比較

實踐證明，由于水準測量高程受本身條件束縛，速度較慢，且易受外界條件影響。使用RTK測高程，具有極大的靈活性，且RTK測的每個高程點是相互獨立的，其高程精度基本一致。

4 主要結(jié)論

在闡述了GNSS-RTK工作原理與道路縱橫斷面測量方法基礎(chǔ)上，進行RTK高程與水準高程實測數(shù)據(jù)的對比分析，并就兩者的作業(yè)模式、工作效率等方面做了詳細比較，取得如下主要結(jié)論。

(1)網(wǎng)絡(luò)RTK保證了流動站的定位精度，拓寬RTK的應(yīng)用范圍。

(2)GNSS-RTK高程能滿足道路縱橫斷面設(shè)計的精度要求。

(3)GNSS-RTK技術(shù)具有一次完成道路中樁放樣與縱橫斷面測量的優(yōu)勢。