錢(qián)躍磊，關(guān)小果，李 陽(yáng)

(許昌學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院，河南 許昌 461000)

工程建設(shè)都需要將設(shè)計(jì)圖上的相應(yīng)地物在實(shí)地標(biāo)定出來(lái)，并達(dá)到一定精度，以供施工.地面點(diǎn)位的放樣方法是利用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)放樣，將全站儀架設(shè)在某已知控制點(diǎn)上，后視另一已知控制點(diǎn)，將待放樣點(diǎn)坐標(biāo)輸入全站儀，全站儀自動(dòng)計(jì)算出放樣數(shù)據(jù)，根據(jù)放樣數(shù)據(jù)完成點(diǎn)位的放樣.這種方法能夠減少人為計(jì)算數(shù)據(jù)、提高放樣效率，但受到觀測(cè)者讀數(shù)能力、操作水平、天氣等因素影響[1]，同時(shí)放樣速度較慢、易被遮擋、效率更低[2].而GNSS技術(shù)不需要通視，操作簡(jiǎn)單，因此利用GNSS技術(shù)對(duì)工程施工放樣進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1 景觀工程放樣方法研究

1.1 全站儀施工放樣方法

全站儀施工放樣是利用全站儀極坐標(biāo)放樣方法技術(shù)，通過(guò)輸入測(cè)站坐標(biāo)和后視點(diǎn)坐標(biāo)，由儀器自動(dòng)計(jì)算出放樣數(shù)據(jù)，然后測(cè)量人員在施工現(xiàn)場(chǎng)完成放樣工作[3].操作過(guò)程如下：

1.1.1 施工控制網(wǎng)布設(shè)

施工控制網(wǎng)是專(zhuān)門(mén)為工程施工放樣所布設(shè)的控制網(wǎng).建立施工控制網(wǎng)可以將施工區(qū)域納入統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中，為測(cè)區(qū)各項(xiàng)測(cè)量工作提供位置基準(zhǔn)，便于后續(xù)進(jìn)行施工放樣[4].控制網(wǎng)布設(shè)主要包括以下幾個(gè)步驟：

(1)踏勘選點(diǎn).項(xiàng)目區(qū)域確定后，需要對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行踏勘，了解測(cè)區(qū)地物分布及地形情況，然后依據(jù)測(cè)區(qū)周邊已知控制點(diǎn)和測(cè)區(qū)概況進(jìn)行控制點(diǎn)的選點(diǎn).選點(diǎn)時(shí)要注意點(diǎn)與點(diǎn)之間通視、便于架設(shè)儀器觀測(cè)和便于保存等事項(xiàng).

(2)外業(yè)觀測(cè).控制點(diǎn)選完以后，按照一定的精度要求，利用全站儀對(duì)所選的點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)主要包括水平距離和水平角度，采用的觀測(cè)方法為測(cè)回法.

(3)內(nèi)業(yè)計(jì)算.外業(yè)數(shù)據(jù)觀測(cè)完成后，按照控制測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算流程，對(duì)外業(yè)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐項(xiàng)計(jì)算，計(jì)算完成后可得到所有控制點(diǎn)的平面坐標(biāo).

1.1.2 細(xì)部點(diǎn)放樣

控制網(wǎng)完成后，就可以利用控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行細(xì)部點(diǎn)的施工放樣工作.放樣步驟如下：

(1)架設(shè)測(cè)站點(diǎn).將全站儀架設(shè)在某個(gè)控制點(diǎn)上面，進(jìn)行對(duì)中整平，輸入測(cè)站點(diǎn)點(diǎn)號(hào)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)等內(nèi)容，完成測(cè)站點(diǎn)的設(shè)置.

(2)后視定向.將棱鏡架設(shè)在另一個(gè)控制點(diǎn)上，對(duì)中整平.全站儀進(jìn)入后視步驟，輸入后視點(diǎn)坐標(biāo)，儀器自動(dòng)計(jì)算出方位角，此時(shí)精確照準(zhǔn)后視點(diǎn)，完成后視定向.

(3)放樣點(diǎn)設(shè)置.全站儀進(jìn)入放樣點(diǎn)輸入界面，輸入待放樣點(diǎn)坐標(biāo)，儀器自動(dòng)計(jì)算出測(cè)站點(diǎn)和放樣點(diǎn)間的相對(duì)位置數(shù)據(jù)，即角度和距離，最后依據(jù)全站儀找到相應(yīng)位置，完成放樣.

1.2 GNSS-RTK施工放樣

GNSS-RTK施工放樣是利用GNSS接收機(jī)，通過(guò)接受衛(wèi)星信號(hào)和輸入儀器的待放樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算出待放樣點(diǎn)和目前接收機(jī)位置的距離和方向，進(jìn)而完成放樣.

1.2.1 接收機(jī)組成

(1)天線.在測(cè)量工作里面，接收機(jī)天線大致分為兩類(lèi)，一個(gè)是接收天線，另一個(gè)是發(fā)射天線.基準(zhǔn)站的天線主要是發(fā)射信號(hào)，流動(dòng)站的天線主要是接收信號(hào).

(2)主機(jī).主機(jī)部分的核心是由GNSS主板、電臺(tái)板、CF卡槽和電池倉(cāng)組成.目前接收機(jī)中各種模塊可以集中在一張板卡上，使得接收機(jī)逐漸向高精度、小型化和智能化發(fā)展[5].

(3)電源.在RTK系統(tǒng)里面電源分內(nèi)置電源和外接電源兩部分.內(nèi)置電源是裝在GNSS接收機(jī)里的鋰離子電池，只適合短時(shí)間測(cè)量工作.外接電源一般為蓄電池，可用于外掛電臺(tái)模式或者長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的供電工作.

1.2.2 GNSS-RTK施工放樣過(guò)程

(1)基準(zhǔn)站架設(shè).將GNSS接收機(jī)架設(shè)在一空曠地方，對(duì)中整平，開(kāi)機(jī)，看屏幕左下角的顯示模式.如為“基站模式”，靜等5 s后自動(dòng)進(jìn)入基站狀態(tài)，否則在工作模式菜單中改為“基站模式”.然后設(shè)置數(shù)據(jù)鏈和通道，當(dāng)屏幕上PDOP值小于3時(shí)，啟動(dòng)基準(zhǔn)站.

(2)移動(dòng)站設(shè)置.移動(dòng)站開(kāi)機(jī)，看屏幕右下角顯示的是什么模式.如為“移動(dòng)站模式”，靜等5 s后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入移動(dòng)站狀態(tài);如為其他模式，將其改為“移動(dòng)站模式”.然后設(shè)置數(shù)據(jù)鏈和通道參數(shù)，設(shè)置值與基準(zhǔn)站一樣即可.

(3)點(diǎn)校正.選取兩個(gè)已知控制點(diǎn)，用GNSS-RTK測(cè)出來(lái)其GNSS坐標(biāo)，然后利用已知的當(dāng)?shù)乜刂泣c(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)并進(jìn)行應(yīng)用，完成點(diǎn)校正.

(4)點(diǎn)放樣.在接收機(jī)中輸入點(diǎn)放樣數(shù)據(jù)，儀器自動(dòng)計(jì)算出放樣點(diǎn)相當(dāng)于目前接收機(jī)的位置，根據(jù)提示到達(dá)指定點(diǎn)即可.

1.3 全站儀施工放樣與GNSS-RTK施工放樣方法比較

比較分析結(jié)果如表1所示.可以看出，這兩種放樣方法各有特點(diǎn)，其中GNSS-RTK放樣在操作過(guò)程、勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)時(shí)間方面有很大優(yōu)勢(shì)，但精度不太高，因此有必要對(duì)其放樣精度進(jìn)行重點(diǎn)研究.

表1 全站儀放樣與GNSS-RTK放樣對(duì)比

2 GNSS-RTK進(jìn)行工程放樣精度研究

2.1 研究思路

利用南方CASS軟件設(shè)計(jì)一固定地物，并獲取此地物拐點(diǎn)的坐標(biāo)作為設(shè)計(jì)坐標(biāo)；然后利用RTK接收機(jī)對(duì)地物拐點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地測(cè)設(shè)，在相應(yīng)位置上做固定標(biāo)記.為檢驗(yàn)其測(cè)設(shè)精度，利用電子全站儀對(duì)標(biāo)記出的點(diǎn)位再次進(jìn)行精密導(dǎo)線測(cè)量，數(shù)據(jù)處理后與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，最終評(píng)定RTK測(cè)設(shè)精度.

2.2 測(cè)區(qū)選擇

為更加接近工程實(shí)際，實(shí)驗(yàn)測(cè)區(qū)選在一景觀工程場(chǎng)地.在測(cè)區(qū)附近有已知的控制點(diǎn)標(biāo)志和數(shù)據(jù)，依據(jù)此控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一固定地物，其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)表

2.3 GNSS-RTK進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)設(shè)與精度分析

首先利用GNSS-RTK對(duì)表2中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)位放樣，再實(shí)地標(biāo)定位置.為了檢驗(yàn)其測(cè)設(shè)精度，采用電子全站儀對(duì)測(cè)設(shè)點(diǎn)進(jìn)行一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量[6]，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后即可得出相應(yīng)測(cè)設(shè)點(diǎn)的平面坐標(biāo).然后將此坐標(biāo)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)果如表3所示.由此可以看出，兩者之差值，X相差最大為11 mm，Y相差最大為8 mm，此精度可以滿(mǎn)足厘米級(jí)工程放樣的精度要求[7].

表3 坐標(biāo)對(duì)比表

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目位于許昌市西湖公園北面，長(zhǎng)約380 m，平均寬度40 m.紅線用地面積15 828 m2，其中水域面積6 030 m2.該項(xiàng)目是對(duì)原有河道進(jìn)行改造，整體提升北護(hù)城河景觀.根據(jù)設(shè)計(jì)圖及設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行施工放樣，將規(guī)劃中重要地物的實(shí)地位置標(biāo)定出來(lái)，為后續(xù)施工提供參考.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，該地區(qū)河道東西兩側(cè)附近各有一個(gè)控制點(diǎn)，其中文化路與建安大道交叉口有ZB4(3767732.244,483244.757)，勞動(dòng)路與建安大道交叉口有ZB5(3767724.595,482824.849).

3.2 準(zhǔn)備工作

(1)儀器工具選擇.使用的儀器包括2臺(tái)GNSS接收機(jī)、1個(gè)三腳架、1個(gè)簡(jiǎn)易對(duì)中桿、1個(gè)測(cè)量手簿、1把鋼卷尺、木樁和噴漆若干.

(2)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備.為了提高效率，在正式實(shí)地放樣前，需要把相關(guān)數(shù)據(jù)傳入設(shè)備中.具體過(guò)程如下：首先建一個(gè)dat格式的文本文件，命名為“景觀改造數(shù)據(jù)”.然后將放樣點(diǎn)的坐標(biāo)復(fù)制到該文本文件中，每一個(gè)坐標(biāo)占一行，具體格式為“點(diǎn)名，，Y,X”.最后通過(guò)數(shù)據(jù)線，將該文本文件復(fù)制到測(cè)量手簿Storage Card/EGJobs路徑下的文件夾中.

3.3 GNSS進(jìn)行景觀工程施工放樣

(1)儀器架設(shè)與設(shè)置.通過(guò)勘察，將基準(zhǔn)站架設(shè)在河道東側(cè)清虛橋附近的空曠場(chǎng)地，架好基站后，用手薄藍(lán)牙連接模式連接基準(zhǔn)站并設(shè)置接收機(jī)為基準(zhǔn)站模式，內(nèi)置電臺(tái)通道設(shè)為11，當(dāng)接受衛(wèi)星信號(hào)穩(wěn)定后，啟動(dòng)基準(zhǔn)站，然后斷開(kāi)手薄與基準(zhǔn)站的連接并連接移動(dòng)站接收機(jī)，電臺(tái)通道設(shè)為11.

(2)點(diǎn)校正.設(shè)置好移動(dòng)站后，在測(cè)量模塊下的控點(diǎn)庫(kù)功能里輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)ZB4(3767732.244,483244.757)和ZB5(3767724.595,482824.849).把移動(dòng)站放到文化路與建安大道交叉口的ZB4處，調(diào)整對(duì)中桿對(duì)中狀態(tài)，當(dāng)氣泡居中并且接收機(jī)差分信號(hào)為固定解時(shí)，測(cè)量該點(diǎn)坐標(biāo)，命名為ZB4-1后存儲(chǔ).然后按照同樣方法測(cè)量勞動(dòng)路與建安大道交叉口的ZB5點(diǎn)，命名為ZB5-1后存儲(chǔ).最后進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換，在參數(shù)轉(zhuǎn)換界面，選取ZB4控制坐標(biāo)，下面輸入剛才測(cè)量的對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)(ZB4-1)，形成一組數(shù)據(jù).同理完成另外一組數(shù)據(jù)輸入，點(diǎn)擊“轉(zhuǎn)換參數(shù)”按鈕，并應(yīng)用參數(shù)模型.由于工程只需要進(jìn)行平面位置的點(diǎn)位放樣，采用河道東西兩側(cè)的兩個(gè)控制點(diǎn)完成點(diǎn)的校正[8].

(3)復(fù)測(cè)檢驗(yàn).為檢驗(yàn)點(diǎn)校正的精度，對(duì)已知點(diǎn)ZB4進(jìn)行復(fù)測(cè)檢驗(yàn)，復(fù)測(cè)結(jié)果與原有數(shù)據(jù)最大差值為5 mm，滿(mǎn)足放樣精度要求.

(4)工程放樣.首先打開(kāi)接收機(jī)手簿里的工程放樣軟件，先新建工程，確定工程名稱(chēng).點(diǎn)擊進(jìn)入坐標(biāo)管理庫(kù)，單擊此界面中“文件”按鈕，選中“導(dǎo)入”選項(xiàng)，并選擇合適的文件類(lèi)型,打開(kāi)手薄上存儲(chǔ)的工程測(cè)設(shè)坐標(biāo)文件，將測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入工程中.然后，打開(kāi)測(cè)量軟件測(cè)量模塊下的“點(diǎn)放樣”功能界面，選擇1號(hào)點(diǎn)放樣，根據(jù)手薄上的提示，移動(dòng)接收機(jī)到指定位置，當(dāng)接收機(jī)發(fā)出蜂鳴時(shí)，即為放樣就成功，此時(shí)對(duì)中桿下部所對(duì)位置即為放樣點(diǎn)，定下木樁，完成放樣工作.最后按照以上方法逐個(gè)放樣其他點(diǎn).

4 結(jié)語(yǔ)

在各種工程建設(shè)過(guò)程中，都需要進(jìn)行相關(guān)工程施工的放樣工作，傳統(tǒng)方式是利用鋼尺或者全站儀，而且需要點(diǎn)與點(diǎn)之間通視，雖然較高精度，但是效率不高.GNSS-RTK技術(shù)為各種工程施工放樣提供了新方法，該方法不需要通視，操作方便、勞動(dòng)強(qiáng)度小，能全天24小時(shí)進(jìn)行作業(yè)，而且能達(dá)到一定精度，提高工作效率，可為相關(guān)工程施工放樣提供參考.