GPS和全站儀聯(lián)合作業(yè)在公路中的應(yīng)用

【摘要】GPS技術(shù)應(yīng)用于公路測(cè)量是公路外業(yè)勘測(cè)的一項(xiàng)重大的技術(shù)革命，其應(yīng)用及開發(fā)前景十分廣闊，尤其是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)在公路測(cè)量中蘊(yùn)含著巨大的技術(shù)潛力，但是，在公路外業(yè)勘測(cè)的過程中，RTK不能完全代替常規(guī)測(cè)量方法，在一些方面還需要使用全站儀和水平儀。通過介紹GPS中的RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)分析了RTC與全站儀聯(lián)合作業(yè)進(jìn)行公路測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，以供同行參考斧正。

【關(guān)鍵詞】GPS；全站儀；公路測(cè)量；應(yīng)用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的公路建設(shè)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，與此同時(shí)，對(duì)公路的勘測(cè)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(cè)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(cè)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(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期，源于公路勘測(cè)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(duì)上述情況急需引進(jìn)GPS技術(shù)。

一、RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用

GPS技術(shù)的初級(jí)階段，不僅可以建立沿線總體控制測(cè)量，從而為路線平面、縱面測(cè)量提供依據(jù)，而且可以為橋梁、隧道的施工建立控制網(wǎng)，其實(shí)，公路勘測(cè)技術(shù)的重點(diǎn)是RTK技術(shù)，其在公路工程中的應(yīng)用，有著廣闊的發(fā)展空間。本文簡(jiǎn)單探討RTK技術(shù)及其測(cè)量模式。

1、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的簡(jiǎn)介

眾所周知，以往GPS技術(shù)中的定位模式，比如：靜態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位，其為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一味地延長(zhǎng)觀測(cè)的時(shí)間，從而降低了GPS測(cè)量的工作效率。究其原因，主要是因?yàn)檫@兩種定位模式數(shù)據(jù)處理滯后，難以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，所以在實(shí)際工作中經(jīng)常需要返工來重測(cè)那些不合格的觀測(cè)成果，所以就延長(zhǎng)了觀測(cè)時(shí)間。

而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)建立了無線數(shù)據(jù)通訊，使得用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，如此一來，可以根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo)，隨時(shí)確定觀測(cè)時(shí)間，從而就縮短了觀測(cè)時(shí)間，提高了工作效率。

2、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的原理

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)是由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組合而成，其工作原理以點(diǎn)位精度比較高的高級(jí)控制點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，在流動(dòng)站上安置一臺(tái)接收機(jī)，對(duì)于衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，使得接收機(jī)在接受衛(wèi)星信號(hào)的過程中，還可以借助無線電傳輸設(shè)備接受基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，如此一來，計(jì)算機(jī)便可以根據(jù)相對(duì)定位的原理計(jì)算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)以及測(cè)量的精度，并且提高了測(cè)量效率。

3、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的測(cè)量模式

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的測(cè)量模式主要包括動(dòng)態(tài)定位和快速靜態(tài)定位這兩種模式，這兩種測(cè)量模式相互結(jié)合，在公路測(cè)量工程中擔(dān)負(fù)著公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理以及數(shù)據(jù)采集等任務(wù)。

相對(duì)于全站儀來說，動(dòng)態(tài)定位模式的優(yōu)點(diǎn)是不僅可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等任務(wù)，而且其測(cè)量過程不必通視，測(cè)量速度較快，測(cè)量精度較高。其工作原理：在測(cè)量工作之前首先需要對(duì)某一個(gè)控制點(diǎn)靜止觀測(cè)數(shù)分鐘，然后流動(dòng)站才可以開始以預(yù)定的采樣間隔為準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，與此同時(shí)，需要觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，這樣才能實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)位置。

相對(duì)于全站儀測(cè)量來說，快速靜態(tài)定位模式受客觀因素的影響比較小，而且其測(cè)量所需要的時(shí)間比較短，可以起到事半功倍的效果，其工作原理為在觀測(cè)的過程中，同時(shí)接受衛(wèi)星和基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)書籍，實(shí)時(shí)計(jì)算用戶站的三維坐標(biāo)以及測(cè)量精度，如果解算的結(jié)果變化比較穩(wěn)定，而且精度亦滿足設(shè)計(jì)要求，那么就可以接受實(shí)時(shí)觀測(cè)。

4、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

其一，在實(shí)際工作中由于粗差經(jīng)常需要返工來重測(cè)那些不合格的觀測(cè)成果，而RTK技術(shù)可以有效地改變這一現(xiàn)狀，從而提高了GPS作業(yè)的效率。

其二，其在公路測(cè)量工程中的應(yīng)用范圍廣，其擔(dān)負(fù)著公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理、GIS前段數(shù)據(jù)采集、養(yǎng)護(hù)測(cè)量等多項(xiàng)任務(wù)。

其三，測(cè)量成果具有可靠性，其具有厘米級(jí)精度；

其四，利用RTK技術(shù)進(jìn)行公路的中線測(cè)量工作，其在中線放樣的同時(shí)還可以完成中樁抄平工作。

其五，縮短了測(cè)量實(shí)踐，每個(gè)放樣點(diǎn)僅需要停留1s至2s，另外作業(yè)的效率高，三、四人便可完成中線測(cè)量的5km至10km，這些都是常規(guī)測(cè)量方法所無法比擬的。

二、RTK和全站儀聯(lián)合作業(yè)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用

上文提到，在公路外業(yè)勘測(cè)的過程中，RTK不能完全代替常規(guī)測(cè)量方法，在一些方面還需要使用全站儀和水平儀。比如在樹木較多或者道路上有建筑物和構(gòu)筑物的地方可以采用RTK測(cè)定圖根控制點(diǎn)，從而滿足全站儀圖根控制，但是必須利用全站儀的數(shù)據(jù)采集功能進(jìn)行公路的中線和縱橫面的野外數(shù)據(jù)采集。下文針對(duì)RTK和全站儀在公路中線測(cè)量和縱橫面測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要地闡釋。

1、利用RTK和全站儀進(jìn)行公路的中線測(cè)量

利用RTK進(jìn)行公路的中線測(cè)量，首先需要在測(cè)區(qū)附近較高的地方建立RTK基準(zhǔn)站，然后對(duì)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，最后到測(cè)區(qū)外圍的控制點(diǎn)上測(cè)出基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的三維坐標(biāo)，并且對(duì)此進(jìn)行校正，才能進(jìn)行公路的放樣和測(cè)量，上文已經(jīng)介紹了RTK技術(shù)的工作原理，這里就不一一贅述。

在公路經(jīng)過比較偏遠(yuǎn)的地方時(shí)，RTK接受衛(wèi)星和無線電的信號(hào)就會(huì)變得很差，這樣一來，難以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，這時(shí)，應(yīng)該利用全站儀的坐標(biāo)放樣功能進(jìn)行公路的中線測(cè)量。

全站儀中線測(cè)量主要是根據(jù)極坐標(biāo)原理設(shè)計(jì)而成的一套放樣模式，通過向全站儀測(cè)量?jī)x器中輸入測(cè)站點(diǎn)、后視點(diǎn)和放樣點(diǎn)，其可以自動(dòng)地計(jì)算出待定中線點(diǎn)的距離偏差值和角度偏差值，及時(shí)準(zhǔn)確地確定出中線點(diǎn)。

利用全站儀進(jìn)行中線測(cè)量的具體步驟為：首先需要在全站儀儀器內(nèi)建立一個(gè)文件，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的命名；然后向全站儀內(nèi)輸入測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)的點(diǎn)名和坐標(biāo)以及儀器高和目標(biāo)高，以便確定定向邊的方位角；最后，信息輸入完成后，應(yīng)該精確地瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)，才能按回車鍵，接下來就能進(jìn)行放樣測(cè)量工作。測(cè)量結(jié)束之后，首先需要對(duì)放出的中樁點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，即中樁點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量，繼而進(jìn)行相應(yīng)的存儲(chǔ)；然后將實(shí)地測(cè)量的中樁點(diǎn)的坐標(biāo)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，以確保道路中線符合設(shè)計(jì)要求；最后，重復(fù)以上的操作方式，從而放出所有的中樁點(diǎn)，并且把這些中樁點(diǎn)進(jìn)行連接，這樣一來，道路中線的測(cè)量工作就完成了。

2、利用RTK和全站儀進(jìn)行公路的縱橫面測(cè)量

所謂的公路的橫斷面測(cè)量實(shí)質(zhì)上就是公路的高程測(cè)量，在公路的勘察設(shè)計(jì)工作中，縱橫斷面測(cè)量是必不可少的，使用RTK和全站儀進(jìn)行公路斷面測(cè)量即不受地形起伏的影響，又不需要人員進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，也就是說其需要的工作人員少，工作效率高。

隨著RTK技術(shù)的成熟以及相關(guān)軟件功能的齊全，RTK完全可以取代全站儀進(jìn)行公路的縱橫面測(cè)量，況且其只需要要一個(gè)人操作，不用記錄、計(jì)算人員，只需要兩點(diǎn)之間的通視，便可以準(zhǔn)確地測(cè)量出坡度變化點(diǎn)的三維高度，還可以實(shí)時(shí)看到每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的道路樁號(hào)。其工作原理在此不一一贅述。主要闡述利用全站儀進(jìn)行公路縱橫面測(cè)量的優(yōu)勢(shì)所在。

在沒有RTK技術(shù)之前，一般都采用全站儀進(jìn)行公路縱橫面測(cè)量工作。在實(shí)際工作中，利用全站儀進(jìn)行公路的縱橫面測(cè)量工作，不僅可以測(cè)量坡度變化點(diǎn)的高程，而且可以通過自身的數(shù)據(jù)采集功能及時(shí)測(cè)定高程點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而使得高程點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)和平面位置保持一致，這樣一來，使得測(cè)量的精度完全符合公路縱橫面測(cè)量精度的要求。由此可見，RTK和全站儀法是一種比較理想的縱橫面的測(cè)量方法。

結(jié)語

綜上所述，在公路勘測(cè)以及施工測(cè)量過程中，采用RTK和全站儀聯(lián)合作業(yè)，不僅大大降低了測(cè)量外業(yè)的工作強(qiáng)度，縮短了野外工作的時(shí)間，而且減少了作業(yè)人員和作業(yè)工序，節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，另外它還提高了數(shù)據(jù)采集的速度和時(shí)間，從而提高了工作質(zhì)量和效率。總而言之，它是一種有效的公路勘測(cè)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]湯以勝，傅建波.GPS和全站儀聯(lián)合測(cè)量作業(yè)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)西部科技報(bào)，2011（05）

[2]賴?yán)^文.GPS測(cè)量技術(shù)及其在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（12）

[3]周偉.GPS測(cè)量技術(shù)及其在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].上海同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（15）

[4]詹家民，周金山，樊小美.RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)在道路網(wǎng)線測(cè)量中的應(yīng)用[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（03）

作者簡(jiǎn)介

丁一飛，1977年12月生，男，漢族，工學(xué)學(xué)士，工程師，研究方向公路施工，通訊地址河南許昌市魏都區(qū)解放路河南萬里路橋集團(tuán)公司。