基于CORS的寧波城市道路工程測(cè)量技術(shù)研究

張濤 姚煥炯

摘 要：本文以CORS技術(shù)在城市道路工程測(cè)量中的應(yīng)用為研究對(duì)象，論文首先分析了道路工程測(cè)量的主要內(nèi)容，進(jìn)而詳細(xì)研究了外業(yè)施測(cè)的內(nèi)容，最后探討了觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析思路，證明了CORS測(cè)量滿足道路工程測(cè)量的要求。

關(guān)鍵詞：CORS 道路 工程測(cè)量 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

傳統(tǒng)的公路勘測(cè)工作辛苦且繁瑣，存在著勘測(cè)周期長(zhǎng)、工作效率低等諸多問(wèn)題。從經(jīng)緯儀的偏角法，全站儀的極坐標(biāo)法，設(shè)置基站并采用電臺(tái)通訊的常規(guī)RTK測(cè)量到目前基于CORS的網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)放樣，最大限度地減輕公路勘測(cè)工作量、提高公路勘測(cè)效率和勘測(cè)精度，一直是公路勘測(cè)工作者孜孜以求的目標(biāo)。CORS應(yīng)用于道路工程測(cè)量，主要包括采用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行帶狀地形圖的繪制，道路中線的測(cè)設(shè)，道路縱、橫斷面圖測(cè)量等。在此次試驗(yàn)中由于時(shí)間有限，沒(méi)有對(duì)道路工程的整個(gè)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)，重點(diǎn)介紹了道路中線的定線測(cè)量和道路的縱橫斷面測(cè)量的過(guò)程、數(shù)據(jù)的處理并進(jìn)行了精度分析。

1工程概況

受寧波市市政公用事業(yè)局委托，對(duì)市凌云路東延進(jìn)行了道路測(cè)量定線測(cè)量、縱斷面測(cè)量、施工控制點(diǎn)測(cè)量等測(cè)量工作。該工程是市重點(diǎn)項(xiàng)目之一，東起劍蘭路，西至聚賢路，總長(zhǎng)460米。測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)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(cè)量工作任務(wù)重、效率低。該市CORS系統(tǒng)于2009年經(jīng)測(cè)試合格并投入使用，考慮用CORS下的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行此次道路測(cè)量任務(wù)。

2測(cè)量?jī)?nèi)容

2.1繪制大比例尺帶狀地形圖

在道路選線時(shí)通常是在大比例尺（1：1000或1：2000）帶狀地形圖上進(jìn)行。用傳統(tǒng)方法測(cè)圖，要先進(jìn)行控制測(cè)量，然后進(jìn)行碎部測(cè)量，繪制成大比例尺地形圖。傳統(tǒng)的地形控制測(cè)量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)得方法來(lái)實(shí)測(cè)，這些方法最大的缺點(diǎn)就是受地形條件影響較大，要求相鄰控制點(diǎn)間必須通視。在技術(shù)規(guī)范中對(duì)圖形、邊長(zhǎng)有相應(yīng)的要求，在野外踏勘、選點(diǎn)、埋設(shè)標(biāo)記過(guò)程中花費(fèi)大量的人力和物力。與此同時(shí)在外業(yè)施測(cè)過(guò)程中不能實(shí)時(shí)知道導(dǎo)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(jìn)行平差處理后，一旦不滿足技術(shù)要求須返工重測(cè)。用GNSS靜態(tài)模式進(jìn)行控制測(cè)量為了保證控制網(wǎng)的精度和可靠性，需要加強(qiáng)控制網(wǎng)的幾何強(qiáng)度，增加閉合條件，延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間取得大量冗余觀測(cè)。

傳統(tǒng)的碎部測(cè)量是根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)已有的圖根控制點(diǎn)使用全站儀進(jìn)行測(cè)圖。在測(cè)量過(guò)程中要求控制點(diǎn)與碎部點(diǎn)要通視，當(dāng)某待測(cè)碎部點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)不通視時(shí)需要臨時(shí)支點(diǎn)或?qū)x器搬至下個(gè)圖根控制點(diǎn)上再測(cè)一該碎部點(diǎn)。在地形條件復(fù)雜、建筑物密集的測(cè)區(qū)搬站次數(shù)較多，工作效率低下。常規(guī)RTK測(cè)量需要將參考站安置在精度較高的已知坐標(biāo)點(diǎn)上，當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)無(wú)控制點(diǎn)時(shí)使用起來(lái)很不方便。

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

GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)打破了常規(guī)RTK中流動(dòng)站和參考站距離較近的限制，增大了流動(dòng)站與參考站的作業(yè)距離。用戶作業(yè)范圍可由最多20Km擴(kuò)大到50KM-70KM甚至更遠(yuǎn)。并且能夠完全保證精度。利用CORS下網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行測(cè)圖，真正意義上的改變了傳統(tǒng)的/先控制后碎部，，的測(cè)圖模式。這種作業(yè)模式是利用幾個(gè)永久性的參考站同時(shí)向流動(dòng)站發(fā)送差分信息，極大地提高了流動(dòng)站點(diǎn)位精度。理論上整網(wǎng)范圍內(nèi)的流動(dòng)站點(diǎn)位精度是相同的，與此同時(shí)差分服務(wù)范圍擴(kuò)展到網(wǎng)外60Km。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(tái)天線固定在機(jī)動(dòng)車上，只需機(jī)動(dòng)車沿著原有道路連續(xù)地行走即可完成測(cè)量工作，這樣大大地提高測(cè)量速度，減輕外業(yè)測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2道路中線測(cè)設(shè)

在完成道路線形圖上定線后，需將道路中線在地面標(biāo)定出來(lái)。傳統(tǒng)的放樣方法是根據(jù)道路的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出中樁的樁號(hào)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)（一般每隔20m或50m及其倍數(shù)設(shè)立一個(gè)整樁，在地形變坡地，曲線的主點(diǎn)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(diǎn)上進(jìn)行放樣。這種放樣方法需要控制點(diǎn)與放樣點(diǎn)之間通視，放樣點(diǎn)的誤差不均勻。采用CORS下網(wǎng)絡(luò)RTK放樣，只需將中線樁點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GNSS手簿中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。因此運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK放樣真正實(shí)現(xiàn)了單機(jī)作業(yè)，測(cè)量員只要手持GNSS接受機(jī)就可獨(dú)立完成道路中樁測(cè)設(shè)。

2.3道路縱橫斷面測(cè)量

道路中線測(cè)量完成以后，還必須進(jìn)行道路縱、橫斷面測(cè)量?？v斷面測(cè)量是測(cè)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(jì)；橫斷面測(cè)量是測(cè)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(jì)、土石方計(jì)算和施工時(shí)的邊樁放樣。傳統(tǒng)的道路縱斷面測(cè)量方法是在設(shè)計(jì)道路沿線布設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，這些臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)和國(guó)家級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成附合水準(zhǔn)路線，利用水準(zhǔn)儀測(cè)出兩水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，在滿足閉合差允許范圍內(nèi)進(jìn)行平差計(jì)算得出臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程；隨后把這些已知高程的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)作為起算點(diǎn)，通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量的方法計(jì)算出各中樁的高程。這種作業(yè)模式施測(cè)過(guò)程中測(cè)站較多，特別是在地勢(shì)起伏較大的地區(qū)測(cè)量，工作量相當(dāng)繁重。利用全站儀具有三維坐標(biāo)測(cè)量的功能，在中樁放樣過(guò)程中就順便測(cè)量出中樁的高程，避免了重復(fù)測(cè)量工作。在測(cè)量過(guò)程中需要測(cè)站點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)需要通視，在地形復(fù)雜的地區(qū)也存在搬站測(cè)數(shù)較多的問(wèn)題。

采用CORS下的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，道路中線確定后，根據(jù)采集的中線樁點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)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(shí)施GNSSRTK動(dòng)態(tài)測(cè)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(jì)、實(shí)用各方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 外業(yè)施測(cè)

在施測(cè)前制定了測(cè)量方案。包括依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)1臺(tái)，NIKON全站儀（2"）1臺(tái)，DS3水準(zhǔn)儀1臺(tái)。完成了以下具體測(cè)量任務(wù)：

1.道路中線測(cè)設(shè)：根據(jù)道路現(xiàn)狀邊線進(jìn)行內(nèi)業(yè)解算道路中線樁號(hào)和中樁坐標(biāo)，每隔20米解算一個(gè)中樁，在單位門(mén)口，地形變坡地，有道路相交的地方進(jìn)行加樁。利用網(wǎng)絡(luò)RTK的放樣功能將上述解算的點(diǎn)放于實(shí)地，用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)回采，差值均在±5cm內(nèi)。

2.縱斷面測(cè)量：是在中線測(cè)設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。以測(cè)區(qū)附近已有四等水準(zhǔn)點(diǎn)為高程起算點(diǎn)，按照?qǐng)D根水準(zhǔn)的精度要求（附合線路閉合差 （mm），L為附合路線長(zhǎng)度（km），沿中樁逐樁布設(shè)為附合水準(zhǔn)路線經(jīng)過(guò)平差計(jì)算后得出施測(cè)樁位的地面高程。測(cè)量完畢將同一個(gè)中樁點(diǎn)的水準(zhǔn)高程和RTK采集高程作比較，差值均在±4cm內(nèi)。差值大的應(yīng)分析原因，防止粗差出現(xiàn)。

3.施工控制點(diǎn)測(cè)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(gè)施工控制點(diǎn)。施工控制點(diǎn)采用三腳架方式獨(dú)立測(cè)量?jī)蓽y(cè)回取平均值，每次觀測(cè)歷元數(shù)不應(yīng)少于30個(gè)，兩次測(cè)量平面坐標(biāo)分量差值不應(yīng)大于±2cm，如果超限應(yīng)重新測(cè)量。測(cè)量完畢應(yīng)用全站儀對(duì)控制點(diǎn)距離進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)相對(duì)誤差不應(yīng)大于l/4000。

4觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

觀測(cè)完成后，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了以下三項(xiàng)的對(duì)比。

通過(guò)表1可以看出：用RJK放樣中樁后用全站儀回采縱坐標(biāo)差值 最大值為0.020m，橫坐標(biāo)差值 最大值為0.012m，點(diǎn)位誤差最大值出現(xiàn)在樁號(hào)為k0+22處，最大誤差為 ，滿足點(diǎn)位誤差值均在±5cm內(nèi)的要求。

通過(guò)上表可以看出：在測(cè)設(shè)完中樁，通過(guò)RTK回采中樁高程與經(jīng)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)平差計(jì)算后出的高程比較，高程差值最大值出現(xiàn)在樁號(hào)為k0+380處，最大值為-0.025m，滿足差值均在±4cm內(nèi)的要求。在本次試驗(yàn)中RTK高程測(cè)量的高精度取決于該市似大地水準(zhǔn)面模型的建立。

通過(guò)表2、表3可以看出：用RTK對(duì)施工控制點(diǎn)獨(dú)立測(cè)量?jī)蓽y(cè)回后，兩次觀測(cè)值差值最大值出現(xiàn)在T1處，最大值為 ，滿足兩次測(cè)量平面坐標(biāo)分量差值均不應(yīng)大于±2cm的要求。對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)取其平均值后，通過(guò)坐標(biāo)反算計(jì)算出T1-T2、T3-T4的距離，隨后用全站儀對(duì)控制點(diǎn)距離進(jìn)行檢測(cè)，相對(duì)誤差最大值出現(xiàn)在邊T3-T4處，最大值為1/30854。相對(duì)誤差均滿足不應(yīng)大于1/4000的要求。

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