GPS和全站儀聯(lián)合測量作業(yè)在公路勘測中的應(yīng)用

陳冠希

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公路建設(shè)事業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，與此同時，對公路勘測設(shè)計(jì)提出了更高的要求，隨著公路設(shè)計(jì)行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展，公路勘測中已經(jīng)采用了電子全站儀和水平儀等先進(jìn)儀器設(shè)備，但是這種測量方法受到作業(yè)條件和通視的限制，作業(yè)強(qiáng)度大，效率低下，從而大大延長了設(shè)計(jì)周期，源于公路勘測技術(shù)的進(jìn)步在于技術(shù)的改造和設(shè)備的引進(jìn)，所以針對上述情況急需引進(jìn)GPS技術(shù)。為此，本文主要對GPS與全站儀的概況及在公路勘測施工中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：GPS—RTK技術(shù)；全站儀；公路勘測

一、全站儀測量的特點(diǎn)和基本原理

全站型電子速測儀簡稱全站儀，它是一種可以同時進(jìn)行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測量儀器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作，故被稱為“全站儀”。全站儀包含有測量的四大光電系統(tǒng)，即水平角測量系統(tǒng)、豎直角測量系統(tǒng)、水平補(bǔ)償系統(tǒng)和測距系統(tǒng)。通過鍵盤可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過I/O接口接入總線與微處理機(jī)聯(lián)系起來。微處理機(jī)（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器）、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤指令啟動儀器進(jìn)行測量工作，執(zhí)行測量過程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲存等工作，保證整個光電測量工作有條不紊地進(jìn)行。

二、GPS-RTK（以下簡稱 RTK）特點(diǎn)和基本原理

RTK（Real Time Kinematic ）實(shí)時動態(tài)測量系統(tǒng)，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、 無線電技術(shù)和GPS測量定位技術(shù)為一體的組合系統(tǒng)，是基于實(shí)時載波相位差分的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，是 GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個新突破。且外業(yè)操作簡單，只需一人，屬于真正的一人操作系統(tǒng)，其平面精度可以達(dá)1cm+1ppm，高程精度可以達(dá)到2cm+1ppm，完全可以滿足公路測量的精度要求。并將這些觀測值進(jìn)行差分，從而削弱和消除軌道誤差、鐘差、大氣誤差等影響，將實(shí)時定位精度大大提高。并能進(jìn)行實(shí)時處理，提供厘米級定位結(jié)果。

三、公路勘測中GPS和全站儀聯(lián)合測量作業(yè)的應(yīng)用

GPS和全站儀聯(lián)合測量作業(yè)在公路工程勘測施工中的應(yīng)用，可以有效克服常規(guī)測量方式中存在的問題，并能有效提升測量的技術(shù)水平及質(zhì)量。表1為公路工程勘測施工中線設(shè)計(jì)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過對該表內(nèi)容的分析，可對GPS和全站儀聯(lián)合測量作業(yè)在公路勘測中的應(yīng)用進(jìn)行探究。

1、地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的獲取。對已知坐標(biāo)與高程公共點(diǎn)進(jìn)行合理選擇及控制，進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的獲取，以此為GPS-RTK動態(tài)測量工作的開展提供便利。在轉(zhuǎn)換參數(shù)選擇中，應(yīng)對以下兩點(diǎn)進(jìn)行充分思考。第一，對測區(qū)附近與中心控制點(diǎn)的選擇，確保其分布的均勻性；第二，為對轉(zhuǎn)化精度進(jìn)行有效提升，一般選擇大于3個控制點(diǎn)，通過最小二乘法獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2、確定基準(zhǔn)站。設(shè)置基準(zhǔn)站時，不僅要符合GPS靜態(tài)觀測要求，還要符合現(xiàn)場施工情況，如一般都會設(shè)置在較高地勢、四周開闊的位置，以此為電臺發(fā)射提供便利。

3、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。所有計(jì)算工作可通過測量內(nèi)外業(yè)一體化程序完成，輸入線路的起點(diǎn)坐標(biāo)、方位角及曲線要點(diǎn)等，依據(jù)里程將全線待放樣點(diǎn)坐標(biāo)程序可進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，一般在直線上每隔50米進(jìn)行一個點(diǎn)的設(shè)置，每隔10米在曲線上進(jìn)行一個點(diǎn)的設(shè)置。根據(jù)一定數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出放樣點(diǎn)坐標(biāo)，通常為Trimble文件的形式，利用Data Transfer在外業(yè)掌上電腦內(nèi)導(dǎo)入DC文件，為外業(yè)調(diào)用提供便利。

4、GPS和全站儀聯(lián)合測量作業(yè)。相比放樣精度，全站儀精確度要高于GPD設(shè)備，在聯(lián)合測量作業(yè)中，可先通過GPS-RTK進(jìn)行中線定測，在選用極坐標(biāo)放樣。在坐標(biāo)系統(tǒng)公布與大地水準(zhǔn)面模型建立中，一般不對投影內(nèi)當(dāng)?shù)仄钸M(jìn)行考慮，基于此，為降低偏差出現(xiàn)的機(jī)率，可利用點(diǎn)校正的方式進(jìn)行作業(yè)，這種方式的應(yīng)用，不僅可以進(jìn)一步提高當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)格坐標(biāo)的精確度，還可以保證在校正點(diǎn)范圍內(nèi)設(shè)置作業(yè)區(qū)域。

GPS-RTK定測完成后，可選用全站儀進(jìn)行放樣施工，確定放樣點(diǎn)方向后，與其水平方向相對照進(jìn)行制動作業(yè)。立鏡者通過觀測者的指揮，在望遠(yuǎn)鏡視線方向移動，如移動到一定位置后，其dHR（立鏡點(diǎn)到放樣點(diǎn)的距離）為0，此時可通過樹立垂直棱鏡進(jìn)行觀測。如測量數(shù)據(jù)為-號，則代表遠(yuǎn)離測站行走，如測量數(shù)據(jù)為+號，則代表向測站方向行走。立鏡點(diǎn)和放樣點(diǎn)的高程差由dZ表示，當(dāng)立鏡者抬高棱鏡到dZ位置時為放樣點(diǎn)。

5、核對與分析數(shù)據(jù)。準(zhǔn)確值以全站儀放樣成果為準(zhǔn)，將其對比GPS-RTK成果，以此對成果準(zhǔn)確性進(jìn)行分析。GPS-RTK放樣的中線坐標(biāo)可對中線量距精度與中樁樁位限差需求進(jìn)行最大限度地滿足，由此可見，在公路勘測施工中通過GPS和全站儀聯(lián)合測量作業(yè)，可以有效提升測量的精準(zhǔn)度，進(jìn)而達(dá)到提高公路施工整個質(zhì)量的目標(biāo)。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國公路工程勘測技術(shù)水平也得到了極大的提升。將GPS—RTK技術(shù)應(yīng)用到公路勘測施工中可以實(shí)現(xiàn)CAD化，通過勘測、設(shè)計(jì)、施工及管理一體化數(shù)據(jù)體系的建立，可減少中間環(huán)節(jié)，如數(shù)據(jù)傳抄、輸入等，這也是公路勘測內(nèi)外業(yè)綜合發(fā)展的需求。現(xiàn)階段，電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備在公路勘測施工中已經(jīng)得到了普及，因通視與操作條件的制約，導(dǎo)致常規(guī)測量方式具有較大作業(yè)強(qiáng)度、降低工作效率，并會對設(shè)計(jì)時間造成極大的影響。為此，施工單位必須結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況，選用科學(xué)有效的勘測方式，才能確保測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性與準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯以勝，傅建波.GPS和全站儀聯(lián)合測量作業(yè)在公路勘測中的應(yīng)用[J].浙江國土資源.2011（10）