測繪新技術在沙漠公路測量中的應用

李鴻宇

新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002

1 項目概述

案例項目起點位于新疆生產建設兵團第二師38團，橫穿塔克拉瑪干沙漠無人區，終點至塔克拉瑪干沙漠腹地塔中石油基地，全線長147km，公路等級為三級，主要工作量為沿線路1∶2000帶狀地形圖測繪和線路縱橫斷面測量。

塔克拉瑪干沙漠是世界第二大流動沙漠，沙丘高度一般為100～200m，最高約為300m，測區80%為無人區，車輛無法到達。

2 技術要求與策劃

2.1 技術要求

（1）平面坐標系：2000國家大地坐標系。

（2）高程基準：1985國家高程基準。

（3）帶狀地形圖：成圖比例尺為1∶2000，基本等高距為1m。

（4）縱橫斷面數據：縱橫斷面數據用點云提取，可到達區域人工實測部分數據對提取數據進行檢驗。

2.2 技術策劃

（1）技術難點。①全線控制測量難以貫通；②帶狀地形圖測繪和縱、橫斷面測量在無人區無法野外實測。

（2）測區位置與控制點分布如圖1所示。

圖1 測區位置與控制點分布

（3）結合現階段先進測繪技術和設備，綜合考慮項目實際情況，決定采用以下兩項技術解決項目中的難點問題。

第一，采用連續運行參考站系統（CORS）結合區域似大地水準面模型，快速獲取正常高。聯測測區附近高等級水準點，檢驗成果可靠性。根據測區交通情況，以“盡可能靠近線路”的原則在測區外圍布設GNSS點，點位密度執行C級指標，以網狀型覆蓋測區，平均間距不大于20km。新布設點與測區周圍的新疆CORS基準站點以C級指標進行同步觀測，委托自治區測繪科學研究院利用新疆CORS基準站點為起算數據進行解算，獲得測區平面坐標與大地高，再利用測區精化似大地水準面模型進行改正計算，得到正常高成果。

測區附近現存水準點：二等點輪民61、I休若3。起點布設閉合水準路線，以等外指標聯測DG01、ST02、I休若3；終點布設閉合水準路線（往返測），以等外指標聯測輪民61、ST05、一等塔且04。用輪民61、ST05、一等塔且04、DG01、ST02、I休若3六個點的水準成果與解算成果比對，檢驗控制網高程的可靠性。中間無人區水準聯測難度大，現階段難以實施，待施工便道開通后，補做施工控制網時再進場進行檢測，必要時重做首級控制網。

第二，采用機載激光雷達掃描技術。利用獲取的高清數碼影像制作高精度數字正射影像圖（DOM），再利用處理后的點云數據和高精度DOM生產高精度大比例尺地形圖，進而提取無人區的縱、橫斷面數據。

技術的可行性說明，測區地物稀少，可以充分發揮利用點云數據測圖的優勢；免像控技術適合在無人區作業；該技術對地面控制點間距要求相對較為寬松，即在地面控制間距較大的情況下，仍可獲得高精度的數據，適用于該項目的客觀條件。數據處理流程如圖2所示。

圖2 數據處理流程圖

機載系統自帶的GNSS接收機和地面架設GNSS接收機同步觀測，將機載系統GNSS數據與地面站GNSS數據進行差分處理，獲得與地面控制點一致的大地坐標（B、L、H），經轉換得到與地面控制點坐標一致的點云數據。對同步獲取高清數碼影像進行處理后制作出高精度DOM。地形圖成圖軟件采用EPS圖庫一體化平臺，“激光點云輔助正射影像矢量化法”內業繪制。外業調繪兩頭有地物的部分區域，絕大部分區域為沙漠地形無須調繪。縱橫斷面數據采用在EPS平臺上參照高精度DOM和點云數據提取。依據《公路勘測規范》（JTG C10—2007），在施工前期施工便道開通后，以測區首級控制作為起算數據，加密無人區控制網，滿足后期施工需要。

3 測量精度分析

3.1 首級控制網高程精度分析

通過輪民61、ST05、一等塔且04、DG01、ST02、I休若3六個點的水準成果與區域似大地水準面模型解算獲取的高程對比，求得兩種數據的差值中誤差為0.086m。通過兩套高程數據的對比可以判定，起點、終點控制點密集區域控制網高程精度為10cm，滿足公路初步設計需要，不滿足施工精度要求，中間無人區更難滿足精度要求。為此，施工便道開通后，全線以I休若3、輪民61作為水準起算點，重做高程控制網滿足施工所需精度。

3.2 1∶2000帶狀地形圖精度分析

通過對可到達區域43個平面特征點的比對，求得平面差值中誤差為0.17m。通過1857個高程點的比對，求得高程差值中誤差為0.1m。《公路勘測規范》（JTG C10—2007）第5.1.4節對地形圖精度要求如表1、表2所示。

表1 圖上地物點相對于臨近圖根點的點位中誤差 單位：mm

表2 等高（深）線插值相對于臨近圖根點的高程中誤差

通過比對數據統計可以判定起點至30km處，控制點ST04至終點段約50km，合計約80km產品為絕對合格產品；中間無人區約60km產品為理論性相對合格產品，成果作為公路初步設計使用。

3.3 斷面數據精度分析

起點段實測了7km，終點段實測了4km，控制點ST04附近實測了2km，共計實測量為13km。通過對13km斷面數據比對，在滿足中樁高程測量閉合差的前提下，求得中樁兩種數據之差中誤差為0.077cm，橫斷面檢測互查中誤差為0.28cm。《公路勘測規范》（JTG C10—2007）第 9.3 節和第 9.4節的相關要求如表3、表4所示。

表3 中樁高程測量精度

表4 橫斷面檢測互差限差

通過比對數據統計可以判定,可到達區域約80km點云數據兩種坐標系的轉換參數正確，中間無人區約60km轉換參數為理論性正確。由于首級控制網高程精度不滿足要求，故縱、橫斷面成果只能作為公路初步設計概略計算使用。為此，施工控制網貫通后，根據實際情況，或加常數改正或重測，最終保證施工所需精度。

4 結束語

文章主要介紹了兩種測量方法在特殊地區的應用，并用測試數據進行了驗證。兩種方法具有高效、智能的優點，但是存在精度不足以滿足施工需求的缺點。對此，結合項目實際情況，給予了補救措施。這兩種方法的應用實例是否得當有待商榷，需要進行進一步驗證。總之，探索測繪新產品、新技術的應用可以提高生產效率、節約成本，是測繪單位在新時代得以發展的保證，也是測繪工程技術人員實現自身價值的階梯。