數(shù)字化技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用

呂福臣 李震章

（1、牡丹江市勘察測(cè)繪研究院，黑龍江 牡丹江 157000 2、牡丹江市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，黑龍江 牡丹江 157000）

測(cè)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防事業(yè)中起著十分重要的作用。在公路工程建設(shè)中，無(wú)論公路、橋梁或隧道，從勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工到竣工都離不開(kāi)測(cè)量工作。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量?jī)x器也在不斷的更新?lián)Q代和創(chuàng)新發(fā)展。測(cè)量中使用的也已經(jīng)不再僅僅是鋼尺、花桿、垂球、羅盤(pán)儀、經(jīng)緯儀、平板儀等簡(jiǎn)單獨(dú)立工具，更多的先進(jìn)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于公路測(cè)量之中。本文僅就當(dāng)前公路測(cè)量領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的幾種數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1 三維實(shí)體建模技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用[1]

公路是平、縱、橫三方面組成的條帶狀的復(fù)雜的空間幾何形體，其外形是否美觀、與周?chē)h(huán)境是否協(xié)調(diào)，可運(yùn)用公路陸續(xù)透視圖、動(dòng)態(tài)連續(xù)透視圖、全景透視圖或三維模型進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。

三維實(shí)體模型與傳統(tǒng)線(xiàn)框模型和曲面模型相比，是一種最為完善的幾何模型，可以很方便地對(duì)它進(jìn)行任意斷面的剖切，能夠得到工程應(yīng)用中所需要的各種信息，因此公路三維實(shí)體模型在公路工程建設(shè)中將會(huì)有非常美好的應(yīng)用前景，具體表現(xiàn)在如下幾方面。

利用公路三維實(shí)體模型可以形象逼真地描繪出整個(gè)公路在設(shè)計(jì)過(guò)程中的狀態(tài)，可以讓設(shè)計(jì)人員、工程管理人員、決策者事先直接全面地了解工程的情況，加快工程的設(shè)計(jì)、審批速度，更快地進(jìn)入施工程序。

在保存圖的時(shí)候可以不必保存某些二維圖，只要通過(guò)剖切功能就可以容易地得到，這樣使圖的保存工作更加的簡(jiǎn)潔。

利用公路三維實(shí)體模型可以實(shí)現(xiàn)三維關(guān)聯(lián)優(yōu)化設(shè)計(jì)。公路的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)反復(fù)比選的過(guò)程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)土方量過(guò)大、橫斷面與實(shí)際地面組合不很合理、挖填方嚴(yán)重失衡、邊坡較高或受地質(zhì)條件的限制而需要不斷地調(diào)整平面中心線(xiàn)、縱坡等時(shí)，應(yīng)用三維關(guān)聯(lián)優(yōu)化就能實(shí)時(shí)地見(jiàn)到調(diào)整后的公路形狀，使方案更加美觀、切實(shí)、可行。

在公路工程中土方量的費(fèi)用在整個(gè)工程造價(jià)中占有相當(dāng)大的比例，精確計(jì)算出土方量尤為重要。利用公路三維實(shí)體模型計(jì)算土方量，與常用的斷面法、格網(wǎng)法相比，具有方便快捷、結(jié)果精確的特點(diǎn)。

2 AutoCAD技術(shù)在公路施工測(cè)量中的應(yīng)用[2]

在高速公路建設(shè)中,通常分為幾個(gè)標(biāo)段同時(shí)施工,每個(gè)標(biāo)段里一般包括路基及各種構(gòu)造物,如涵洞、中小橋、甚至大橋,少則幾座,多則十幾座,因此,施工測(cè)量任務(wù)十分繁重由于全站儀在工程測(cè)量中的普遍應(yīng)用,其極坐標(biāo)放樣功能使測(cè)量工作中出現(xiàn)錯(cuò)誤所以測(cè)量的主要工作就是根據(jù)施工圖紙計(jì)算其各個(gè)部位的坐標(biāo),而如何快速、準(zhǔn)確地計(jì)算坐標(biāo)是關(guān)鍵所在。

應(yīng)用AutoCAD技術(shù)進(jìn)行坐標(biāo)定位計(jì)算,則可以做到事半功倍,并能取得良好的施工效果。

采用CAD計(jì)算結(jié)構(gòu)物坐標(biāo),能快速地對(duì)結(jié)構(gòu)物的每1個(gè)位置進(jìn)行放樣,大大降低了測(cè)量工作量,降低工作難度,在保證施工進(jìn)度的同時(shí)滿(mǎn)足了放樣精度的要求。

用AutoCAD技術(shù)進(jìn)行定位測(cè)量,得出的尺寸十分準(zhǔn)確,完全達(dá)到毫米級(jí)的精度,能為現(xiàn)場(chǎng)施工提供可靠的數(shù)據(jù)。

能最大限度地減少手工計(jì)算過(guò)程中造成的人為誤差。

3 GPS技術(shù)在公路施工測(cè)量中的應(yīng)用[3]

GPS，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是美軍于20世紀(jì)70年代初在“子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位”技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的具有全球性、全能性(陸地、海洋、航空與航天)、全天候性?xún)?yōu)勢(shì)的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速系統(tǒng)。目前，GPS系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公路測(cè)量之中，它具有常規(guī)測(cè)量技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)：速度快、精度高、不要求點(diǎn)間通視等等。

公路路線(xiàn)一般處在一條帶狀走廊內(nèi)。其平面控制測(cè)量往往采用導(dǎo)線(xiàn)形式,對(duì)于重要構(gòu)造物如大橋、特大橋、長(zhǎng)大隧道等，也有布設(shè)成三角網(wǎng)、線(xiàn)形鎖等形式。應(yīng)用常規(guī)測(cè)量方法的進(jìn)行測(cè)量有許多缺陷如規(guī)范對(duì)附合導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)、閉合導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線(xiàn)間長(zhǎng)度等有嚴(yán)格規(guī)定，一般在實(shí)際作業(yè)中難以達(dá)到，往往出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)；搜集到的用于路線(xiàn)測(cè)量控制的起算點(diǎn)間一般很難保證為同一測(cè)量系統(tǒng)，國(guó)測(cè)、軍測(cè)、城市控制點(diǎn)往往混雜一起，如果用不兼容的起算點(diǎn)，勢(shì)必影響測(cè)量質(zhì)量；地面通視困難往往影響常規(guī)測(cè)量的實(shí)施。

使用GPS使用可以有效地克服以上的種種不足，其主要特點(diǎn)有：測(cè)站之間無(wú)需通視。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾；定位精度高。在小于50km的基線(xiàn)上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12×1026，而在100km～500km的基線(xiàn)上可達(dá)1026～1027；觀測(cè)時(shí)間短。在小于20km的短基線(xiàn)上，快速相對(duì)定位一般只需5min的觀測(cè)時(shí)間即可；提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。

4 TPS技術(shù)在公路施工測(cè)量中的應(yīng)用[4]

TPS是測(cè)速儀 (Tachymat)、電子經(jīng)緯儀(Theodlite)和全站儀(Total station)定位系統(tǒng)(Positioning System)的英文縮寫(xiě)，可簡(jiǎn)稱(chēng)為全站儀定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)是全站儀和計(jì)算機(jī)技術(shù)合為一體的真正體現(xiàn)。它為用戶(hù)提供了許多功能和廣泛的測(cè)量程序，是一種方便高效的測(cè)量設(shè)備。

該系統(tǒng)具有代表性的是全站儀，它是光學(xué)經(jīng)緯儀、電子測(cè)距儀與電子計(jì)算有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。該儀器能測(cè)角、測(cè)距和測(cè)量高度。一臺(tái)儀器能夠完成三位全部測(cè)量元素的測(cè)量任務(wù)。該設(shè)備能夠自動(dòng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換和計(jì)算功能，還提供后續(xù)測(cè)量程序開(kāi)發(fā)功能。通過(guò)大屏幕液晶顯示器顯示，是用戶(hù)一目了然。鍵盤(pán)以及功能鍵便于理解和方便輸入。通過(guò)記錄卡、大容量電池和內(nèi)置應(yīng)用程序保證所有可提供部件集合一體。

全站儀提供了與電子計(jì)算機(jī)相連接口，實(shí)現(xiàn)了全站儀與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和程序自由交換，為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)提供了良好的條件。該儀器具有定向與高程傳遞功能、已知點(diǎn)放樣功能和其他功能測(cè)量程序。因此，在公路勘測(cè)和施工中是不可缺少的測(cè)量?jī)x器。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于路數(shù)量的要求也在不多的增多，對(duì)路質(zhì)量的要求也在不斷的增高，這就意味著公路建設(shè)的技術(shù)要求在不斷的提升，因此對(duì)測(cè)量技術(shù)要求也自然跟著提升，好在隨近幾十年基礎(chǔ)科學(xué)研究深入的也給公路測(cè)量注入了新的活力，數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)方式方法的結(jié)合必然會(huì)滿(mǎn)足當(dāng)前要求。其中三維實(shí)體建模技術(shù)、AutoCAD技術(shù)能在公路修筑前就看到修筑完后的效果；而GPS技術(shù)、TPS技術(shù)使測(cè)量的結(jié)果更加的精準(zhǔn)。正是這幾種技術(shù)的相互運(yùn)用能讓我國(guó)的公路建筑業(yè)不斷地發(fā)展，讓我國(guó)的公路修筑技術(shù)不斷的提升。

[1]陳明建.三維實(shí)體建模技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用研究[G].河海大學(xué)碩士論文.2007.4.

[2]蘇沛良，謝紹富.AutoCAD技術(shù)在高速公路施工測(cè)量中的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程.2003.8.

[3]李培榮.GPS及其在公路測(cè)量中的應(yīng)用[J].山西能源與節(jié)能.2002.3.

[4]周小安.公路測(cè)量[M].北京：人民交通出版社.2000.3.