基于CORS的帶狀地形測量案例研究

高兆偉

摘 要：該文以城市道路勘測為研究背景，探討了CORS技術(shù)在帶狀地形測量中的應用思路，首先分析了道路勘測的主要內(nèi)容，進而詳細研究了外業(yè)施測的內(nèi)容，包括繪制大比例尺帶狀地形圖、道路中線測設(shè)和道路縱橫斷面測量三個方面，最后探討了觀測數(shù)據(jù)的分析思路，證明了CORS測量滿足道路工程測量的要求。

關(guān)鍵詞：CORS 道路 工程測量 觀測數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（b）-0034-02

傳統(tǒng)的公路勘測工作辛苦且繁瑣，存在著勘測周期長、工作效率低等諸多問題。從經(jīng)緯儀的偏角法，全站儀的極坐標法，設(shè)置基站并采用電臺通訊的常規(guī)RTK測量到目前基于CORS的網(wǎng)絡RTK實時放樣，最大限度地減輕公路勘測工作量、提高公路勘測效率和勘測精度，一直是公路勘測工作者孜孜以求的目標。CORS應用于道路工程測量，主要包括采用網(wǎng)絡RTK進行帶狀地形圖的繪制，道路中線的測設(shè)，道路縱、橫斷面圖測量等。在該次試驗中由于時間有限，沒有對道路工程的整個測量過程進行試驗，重點介紹了道路中線的定線測量和道路的縱橫斷面測量的過程、數(shù)據(jù)的處理并進行了精度分析。

1 工程概況

受山東某市市政公用事業(yè)局委托，對該市某道路東延進行了道路測量定線測量、縱斷面測量、施工控制點測量等測量工作。該工程是市重點項目之一，總長1460 m。測區(qū)內(nèi)地勢平坦，交通方便，但沿途建筑物較密集，車流量較大，通視條件不好。采用常規(guī)方法測量工作任務重、效率低。考慮用CORS下的網(wǎng)絡RTK技術(shù)進行此次道路測量任務。

2 測量內(nèi)容

2.1 繪制大比例尺帶狀地形圖

在道路選線時通常是在大比例尺（1：1000或1：2000）帶狀地形圖上進行。用傳統(tǒng)方法測圖，要先進行控制測量，然后進行碎部測量，繪制成大比例尺地形圖。傳統(tǒng)的地形控制測量采用三角網(wǎng)、導線網(wǎng)的方法來實測，這些方法最大的缺點就是受地形條件影響較大，要求相鄰控制點間必須通視。在技術(shù)規(guī)范中對圖形、邊長有相應的要求，在野外踏勘、選點、埋設(shè)標記過程中花費大量的人力和物力。與此同時在外業(yè)施測過程中不能實時知道導線的精度是否滿足技術(shù)要求。外業(yè)完成后回到室內(nèi)進行平差處理后，一旦不滿足技術(shù)要求須返工重測。用GNSS靜態(tài)模式進行控制測量為了保證控制網(wǎng)的精度和可靠性，需要加強控制網(wǎng)的幾何強度，增加閉合條件，延長觀測時間取得大量冗余觀測。

傳統(tǒng)的碎部測量是根據(jù)測區(qū)內(nèi)已有的圖根控制點使用全站儀進行測圖。在測量過程中要求控制點與碎部點要通視，當某待測碎部點與測站點不通視時需要臨時支點或?qū)x器搬至下個圖根控制點上再測該碎部點。在地形條件復雜、建筑物密集的測區(qū)搬站次數(shù)較多，工作效率低下。常規(guī)RTK測量需要將參考站安置在精度較高的已知坐標點上，當測區(qū)內(nèi)無控制點時使用起來很不方便。

常規(guī)RTK測量是利用臨時的單個參考站向流動站發(fā)送差分信息的，一旦參考站發(fā)生錯誤或者出現(xiàn)故障，流動站的點位精度得不到保障。而且常規(guī)RTK測量的流動站點位精度隨著參考站與流動站距離的增加而顯著降低。這種作業(yè)模式的服務范圍一般不能超過10 km。

GNSS網(wǎng)絡RTK技術(shù)打破了常規(guī)RTK中流動站和參考站距離較近的限制，增大了流動站與參考站的作業(yè)距離。用戶作業(yè)范圍可由最多20 km擴大到50 km～70 km甚至更遠。并且能夠完全保證精度。利用CORS下網(wǎng)絡RTK進行測圖，真正意義上的改變了傳統(tǒng)的/先控制后碎部的測圖模式。這種作業(yè)模式是利用幾個永久性的參考站同時向流動站發(fā)送差分信息，極大地提高了流動站點位精度。理論上整網(wǎng)范圍內(nèi)的流動站點位精度是相同的，與此同時差分服務范圍擴展到網(wǎng)外60 km。在一些舊路改造工程中，在精度要求允許的情況下可以將GNSS天線和數(shù)據(jù)電臺天線固定在機動車上，只需機動車沿著原有道路連續(xù)地行走即可完成測量工作，這樣大大地提高測量速度，減輕外業(yè)測量的勞動強度。

2.2 道路中線測設(shè)

在完成道路線形圖上定線后，需將道路中線在地面標定出來。傳統(tǒng)的放樣方法是根據(jù)道路的設(shè)計參數(shù)計算出中樁的樁號和設(shè)計坐標（一般每隔20 m或50 m及其倍數(shù)設(shè)立一個整樁，在地形變坡地，曲線的主點處，土質(zhì)變化及地質(zhì)不良地段，與己有建筑物、構(gòu)筑物相交的地方設(shè)立加樁。）然后將全站儀安置在控制點上進行放樣。這種放樣方法需要控制點與放樣點之間通視，放樣點的誤差不均勻。采用CORS下網(wǎng)絡RTK放樣，只需將中線樁點的坐標輸入GNSS手簿中，系統(tǒng)就會定出放樣的點位。由于每個點的測量都是獨立完成的，不會產(chǎn)生累積誤差，各點放樣精度趨于一致。因此運用網(wǎng)絡RTK放樣真正實現(xiàn)了單機作業(yè)，測量員只要手持GNSS接受機就可獨立完成道路中樁測設(shè)。

2.3 道路縱橫斷面測量

道路中線測量完成以后，還必須進行道路縱、橫斷面測量。縱斷面測量是測定各中樁地面高程并繪制道路縱斷面圖，用于路線的縱坡設(shè)計；橫斷面測量是測定各中樁處垂直于中線的地形起伏狀態(tài)并繪制橫斷面圖，用于路基設(shè)計、土石方計算和施工時的邊樁放樣。傳統(tǒng)的道路縱斷面測量方法是在設(shè)計道路沿線布設(shè)臨時水準點，這些臨時水準點和國家級水準點構(gòu)成附合水準路線，利用水準儀測出兩水準點之間的高差，在滿足閉合差允許范圍內(nèi)進行平差計算得出臨時水準點的高程；隨后把這些已知高程的臨時水準點作為起算點，通過水準測量的方法計算出各中樁的高程。這種作業(yè)模式施測過程中測站較多，特別是在地勢起伏較大的地區(qū)測量，工作量相當繁重。利用全站儀具有三維坐標測量的功能，在中樁放樣過程中就順便測量出中樁的高程，避免了重復測量工作。在測量過程中需要測站點和待測點需要通視，在地形復雜的地區(qū)也存在搬站測數(shù)較多的問題。

采用CORS下的網(wǎng)絡RTK技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測量模式，道路中線確定后，根據(jù)采集的中線樁點坐標通過繪圖軟件便可繪出道路縱橫斷面圖。加拿大魁北克省交通廳用特制的汽車實施GNSSRTK動態(tài)測量繪制高速公路斷面，獲得良好效果。與傳統(tǒng)方法相比，在精度、經(jīng)濟、實用各方面都有明顯優(yōu)勢。

3 外業(yè)施測

在施測前制定了測量方案。包括依據(jù)有關(guān)標準指出作業(yè)方法和技術(shù)要求、保證質(zhì)量的主要措施和要求等，投入儀器設(shè)備：LEICA GX1230 GNSS雙頻接收機1臺，NIKON全站儀（2"）1臺，DS3水準儀1臺。完成了以下具體測量任務：

（1）道路中線測設(shè)。根據(jù)道路現(xiàn)狀邊線進行內(nèi)業(yè)解算道路中線樁號和中樁坐標，每隔20 m解算一個中樁，在單位門口，地形變坡地，有道路相交的地方進行加樁。利用網(wǎng)絡RTK的放樣功能將上述解算的點放于實地，用全站儀進行坐標回采，差值均在±5 cm內(nèi)。

（2）縱斷面測量。是在中線測設(shè)的基礎(chǔ)上進行的。以測區(qū)附近已有四等水準點為高程起算點，按照圖根水準的精度要求（附合線路閉合差（mm），L為附合路線長度（km），沿中樁逐樁布設(shè)為附合水準路線經(jīng)過平差計算后得出施測樁位的地面高程。測量完畢將同一個中樁點的水準高程和RTK采集高程作比較，差值均在±4 cm內(nèi)。差值大的應分析原因，防止粗差出現(xiàn)。

3.施工控制點測量：利用RTK的數(shù)據(jù)采集功能，在相交道路口施工范圍外選擇了四個施工控制點。施工控制點采用三腳架方式獨立測量兩測回取平均值，每次觀測歷元數(shù)不應少于30個，兩次測量平面坐標分量差值不應大于±2 cm，如果超限應重新測量。測量完畢應用全站儀對控制點距離進行檢測，檢測相對誤差不應大于l/4000。

4 觀測數(shù)據(jù)分析

觀測完成后，對觀測數(shù)據(jù)進行了以下三項的對比。

計算表明，用RJK放樣中樁后用全站儀回采縱坐標差值最大值為0.020 m，橫坐標差值最大值為0.012 m，點位誤差最大值出現(xiàn)在樁號為k0+22處，最大誤差為 m，滿足點位誤差值均在±5 cm內(nèi)的要求。

在測設(shè)完中樁，通過RTK回采中樁高程與經(jīng)水準點聯(lián)測平差計算后出的高程比較，高程差值最大值出現(xiàn)在樁號為k0+380處，最大值為-0.025 m，滿足差值均在±4 cm內(nèi)的要求。在該次試驗中RTK高程測量的高精度取決于該市似大地水準面模型的建立。

通過表1、表2可以看出，用RTK對施工控制點獨立測量兩測回后，兩次觀測值差值最大值出現(xiàn)在T1處，最大值為，滿足兩次測量平面坐標分量差值均不應大于±2 cm的要求。對控制點坐標取其平均值后，通過坐標反算計算出T1-T2、T3-T4的距離，隨后用全站儀對控制點距離進行檢測，相對誤差最大值出現(xiàn)在邊T3-T4處，最大值為1/30854。相對誤差均滿足不應大于1/4000的要求。

參考文獻

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