基于南方GPSRTK在道路設(shè)計(jì)施工放樣過程中的應(yīng)用分析

■徐鳳玲，何有剛，靳合波■.山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 5003；.青島理工大學(xué)（臨沂）工程管理系，山東 臨沂 73400

隨著我國(guó)十三五規(guī)劃的實(shí)施，國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，國(guó)家建設(shè)加快，其中山東省藍(lán)色經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的建設(shè)，規(guī)劃主體區(qū)范圍由山東全部海域和青島、煙臺(tái)、威海，濰坊，淄博城市所屬陸域，海域面積15.95萬平方公里，陸域面積6.4萬平方公里。自2015年開始青島至濟(jì)南的高速鐵路、濟(jì)青高速擴(kuò)建相繼進(jìn)入了施工階段，山東省各城市都行了大量的道路規(guī)劃設(shè)計(jì)以及施工，以此突破GDP的上升。

傳統(tǒng)的道路施工定位技術(shù)是全站儀和鋼尺的聯(lián)合使用，操作復(fù)雜、工程效率較慢、尤其是面臨長(zhǎng)距離的道路施工定位誤差累積較大。GPSRTK的使用可以提高施工的速度，并且可以進(jìn)行多個(gè)工作面同時(shí)施工，相互之間不受干擾，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量得到了保障［1，2，3］。

由于道路施工費(fèi)用比較高，按照工程的分包原則可以通過招標(biāo)進(jìn)行工程分包。在道路整體控制測(cè)量之后，所有施工單位共同應(yīng)用同一套坐標(biāo)系下的中樁和控制數(shù)據(jù)。本文主要針對(duì)道路放樣“直線、曲線及轉(zhuǎn)角一覽表”從中間進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行研究，通過與已知中樁數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出中間計(jì)算中樁數(shù)據(jù)的方法可用，能夠?yàn)槠渌愃乒こ探ㄔO(shè)提供技術(shù)支持。

1 南方銀河GPSRTK定位技術(shù)

南方銀河GPSRTK定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和移動(dòng)站組成，可以形成1對(duì)1或者1對(duì)多的工作模式.基準(zhǔn)站安置在未知點(diǎn)或者已知點(diǎn)上面，要求周圍盡量沒有遮擋的物體和信號(hào)干擾的發(fā)射塔等，通過觀測(cè)衛(wèi)星及時(shí)向移動(dòng)站發(fā)射坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以此實(shí)施相對(duì)定位。此方法在工程定位工作得到了廣泛的應(yīng)用［4］。具體工作原理圖如圖1。

圖1 GPSRTK測(cè)量原理圖

2 曲線道路設(shè)計(jì)

2.1 道路設(shè)計(jì)緩和曲線原理

緩和曲線是直線與圓曲線，圓曲線與圓曲線之間設(shè)置的曲率連續(xù)變化的曲線。緩和曲線是道路平面線形要素之一，它是設(shè)置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線［5，6，7］。在除了現(xiàn)代高速公路，各大城市的各級(jí)別道路的建設(shè)上，緩和曲線的應(yīng)用也十分廣泛。

圖2 緩和曲線要素圖

從圖2可以得出，緩和曲線的測(cè)設(shè)主要可以分成三個(gè)部分：直線段的測(cè)設(shè)；緩和曲線段的測(cè)設(shè)；圓曲線段的測(cè)設(shè)。在緩和曲線的測(cè)設(shè)過程中，需要計(jì)算緩和曲線常數(shù)、切線角、切垂距、內(nèi)移距；緩和曲線要素，切線長(zhǎng)、曲線長(zhǎng)、外矢距、切曲差；以及緩和曲線的主點(diǎn)，直緩點(diǎn)、緩圓點(diǎn)、曲中點(diǎn)、緩直點(diǎn)、圓緩點(diǎn)。

2.2 道路設(shè)計(jì)計(jì)算流程

南方銀河GPS中的“道路設(shè)計(jì)”功能是道路圖形設(shè)計(jì)工程中常用的工具，道路設(shè)計(jì)元素一般包括圓曲線、緩和曲線和直線等要素，公路在建設(shè)之前由勘察設(shè)計(jì)部門經(jīng)過道路所經(jīng)線路大比例尺地形圖測(cè)繪之后進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，得到道路的參數(shù)數(shù)據(jù)以及中樁坐標(biāo)。勘察放樣前就需要使用道路設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)方提供的坐標(biāo)參數(shù)元素在軟件中輸入生成道路設(shè)計(jì)文件，使用該道路設(shè)計(jì)文件進(jìn)行勘測(cè)放樣作業(yè)［8，9，10］。

2.3 GPS手簿設(shè)計(jì)方法

南方測(cè)繪銀河系列GPS接收機(jī)手簿內(nèi)有針對(duì)各種曲線的道路設(shè)計(jì)程序，具體的設(shè)置程序有交點(diǎn)法和元素法，針對(duì)工程設(shè)計(jì)部門提供的道路設(shè)計(jì)元素曲線表進(jìn)行手簿設(shè)置，計(jì)算出各中樁點(diǎn)的三維坐標(biāo)，與原有坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，誤差在允許范圍之內(nèi)，利用GPS接收機(jī)進(jìn)行位置定位，也就是中樁放樣。

3 案例分析

3.1 設(shè)計(jì)坐標(biāo)與計(jì)算坐標(biāo)不符

南方道路放樣設(shè)計(jì)rod文件時(shí)，從起點(diǎn)處輸入一直到終點(diǎn)，完全輸入設(shè)計(jì)要素，生成的道路文件是直接可以使用，生成逐樁坐標(biāo)的，可以直接進(jìn)行道路放樣。但是有時(shí)同一份道路設(shè)計(jì)書供幾個(gè)標(biāo)段同時(shí)使用，每個(gè)標(biāo)段只用設(shè)計(jì)書中的一部分要素信息，這時(shí)無論是用元素法還是交點(diǎn)法，需要進(jìn)行稍微處理一下輸入信息，從設(shè)計(jì)書中間點(diǎn)位進(jìn)行輸入，否則直接輸入會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)坐標(biāo)跟圖紙不符。

3.2 計(jì)算方法

以某地道路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為例，從中間截取JD23——JD26的數(shù)據(jù)用交點(diǎn)法進(jìn)行進(jìn)行道路設(shè)計(jì)（見表1）。

表1 道路設(shè)計(jì)元素表（部分）

本試驗(yàn)需要用JD23點(diǎn)處第一緩和曲線終點(diǎn)的里程數(shù)減去第一緩和曲線的長(zhǎng)度，算出第一緩和曲線的起點(diǎn)ZH的里程。此處第一緩和曲線終點(diǎn)的里程為K256733.483，減去第一緩和曲線的長(zhǎng)度303.397，得出ZH點(diǎn)的起點(diǎn)里程為256430.086，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的逐樁坐標(biāo)表，找到就近前一點(diǎn)里程號(hào)為256400，那么我們?nèi)藶榻厝?56400到256430.086的長(zhǎng)度為30.086的直線加在JD23之前，并以256400處的逐樁坐標(biāo)為此次截取標(biāo)段道路的起點(diǎn)，后面正常輸入，設(shè)計(jì)道路文件時(shí)以256400為起點(diǎn)里程，間隔按照逐樁坐標(biāo)表設(shè)計(jì)為20。

3.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述方法計(jì)算得出的中樁坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表2。

表2 計(jì)算坐標(biāo)對(duì)比分析

針對(duì)道路放樣“直線、曲線及轉(zhuǎn)角一覽表”從中間進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行研究，通過與原有設(shè)計(jì)坐標(biāo)對(duì)比分析可以得出，南方銀河系列GPS接收機(jī)手簿根據(jù)前面提到的計(jì)算方法，試驗(yàn)得出的中樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在毫米取整的情況下坐標(biāo)一致。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)道路放樣“直線、曲線及轉(zhuǎn)角一覽表”從中間進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行研究，通過與原有設(shè)計(jì)坐標(biāo)對(duì)比分析可以得出，南方銀河系列GPS接收機(jī)手簿根據(jù)前面提到的計(jì)算方法，計(jì)算得出的中樁坐標(biāo)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在毫米取整的情況下數(shù)值一致。

（2）GPS手簿中樁放樣測(cè)量功能大大提高了施工放樣的進(jìn)度，本文的計(jì)算方法可以為工程分包測(cè)量提供中樁坐標(biāo)計(jì)算的理論支持，為其他工程建設(shè)提供技術(shù)支持。

［1］劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)—城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2003（6）：259-264.

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