大連某林場道路工程測量方法及流程研究

張占偉

摘 要：CORS應(yīng)用于道路工程測量，主要包括采用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行帶狀地形圖的繪制，道路中線的測設(shè)，道路縱、橫斷面圖測量等。本文以CORS技術(shù)在某林場道路工程測量中的應(yīng)用為研究對象，論文首先分析了道路工程測量的主要內(nèi)容，進(jìn)而詳細(xì)研究了外業(yè)施測的內(nèi)容，最后探討了觀測數(shù)據(jù)的分析思路，結(jié)果表明，CORS 與傳統(tǒng)測量相比較，工作效率高，效果更加顯著，是常規(guī)測量方法的4 倍以上，但必須保證測區(qū)CORS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋及無線網(wǎng)絡(luò)與移動用戶通訊暢通。

關(guān)鍵詞：CORS，道路，工程測量，觀測數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：U412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

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

1 CORS 系統(tǒng)的組成

CORS 系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通訊部分、用戶應(yīng)用系統(tǒng) 4 個部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。

1） 基準(zhǔn)站網(wǎng)?；鶞?zhǔn)站網(wǎng)是由范圍內(nèi)均勻分布的固定基準(zhǔn)站組成。負(fù)責(zé)采集 GPS 衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并輸送至數(shù)據(jù)處理中心，同時(shí)提供系統(tǒng)完好性監(jiān)測服務(wù)。

2） 數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心是 CORS 的核心單元，也是高精度實(shí)時(shí)動態(tài)定位得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。中心 24 h 連續(xù)不斷地根據(jù)各基準(zhǔn)站所采集的實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行整體建模解算，并通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)，向各類需要測量和導(dǎo)航的用戶以國際通用格式提供碼相位/ 載波相位差分改正信息，以便實(shí)時(shí)解算出流動站的精確點(diǎn)位。

3） 數(shù)據(jù)通訊部分。CORS 的數(shù)據(jù)通訊包括固定基準(zhǔn)站到控制中心的通訊及控制中心到用戶的通訊?；鶞?zhǔn)站到控制中心的通訊網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸給控制中心，控制中心和用戶間的通訊網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)校正數(shù)據(jù)送給用戶。系統(tǒng)通過移動網(wǎng)絡(luò)、Internet 等形式向用戶播發(fā)定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

4） 用戶應(yīng)用系統(tǒng)。包括用戶信息接收系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)型 RTK 定位系統(tǒng)、事后和快速精密定位系統(tǒng)以及自主式導(dǎo)航系統(tǒng)和監(jiān)控定位系統(tǒng)等。按照應(yīng)用精度的不同，用戶服務(wù)子系統(tǒng)可以分為 mm 級用戶系統(tǒng)，cm 級用戶系統(tǒng)，dm 級用戶系統(tǒng)，m 級用戶系統(tǒng)等； 而按照用戶的應(yīng)用不同，可以分為測繪與工程用戶（ cm、dm 級） ，車輛導(dǎo)航與定位用戶（ m 級） ，高精度用戶（ 事后處理） 等幾類。

2 CORS 系統(tǒng)的原理

目前，CORS 實(shí)時(shí)動態(tài)定位解算的技術(shù)主要有虛擬參考站技術(shù)（ VRS） 、區(qū)域改正數(shù)技術(shù)（ FKP） 、主輔站技術(shù)（ MAC） 。

1） 虛擬參考站技術(shù)（ VRS） 。虛擬參考站技術(shù)就是在一定區(qū)域內(nèi)架設(shè)一定數(shù)量的基準(zhǔn)站，精確測定這些基準(zhǔn)站的位置及變化率，基準(zhǔn)站連續(xù)接收衛(wèi)星信號，將信息傳送至信息處理中心，數(shù)據(jù)處理中心同時(shí)接收流動站發(fā)送的接收機(jī)概略位置信息，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)移動站的位置，選擇較近或定位精度較好的基準(zhǔn)站信息，虛擬出一個參考站，然后根據(jù)各基準(zhǔn)站上的誤差信息通過一定的數(shù)學(xué)模型內(nèi)插出該虛擬站的誤差，將虛擬出的流動站改正數(shù)據(jù)播發(fā)給流動站，這樣虛擬參考站的位置通常是在移動站真實(shí)位置的周圍 5 m 范圍內(nèi)，保證了虛擬參考站與流動站誤差的相關(guān)性。

2） 區(qū)域改正數(shù)技術(shù)（ FKP） 。區(qū)域改正數(shù)法利用 GPS 基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)，主要是相位觀測值和偽距觀測值，以及基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，計(jì)算得到基準(zhǔn)網(wǎng)范圍內(nèi)與時(shí)間或空間相關(guān)的誤差改正數(shù)模型，然后利用測量點(diǎn)的近似坐標(biāo)內(nèi)插出測量點(diǎn)的誤差改正數(shù)，將其應(yīng)用到觀測值中，從而消除各種與時(shí)間空間有關(guān)的誤差，提高定位結(jié)果的精度。

3） 主輔站技術(shù)（ MAC） 。主輔站技術(shù)是將相位距離簡化為一個公共的整周未知數(shù)水平，主輔站方法發(fā)送主參考站的全部改正數(shù)及坐標(biāo)信息，對于輔參考站只播發(fā)相對于主參考站的差分改正數(shù)和坐標(biāo)差，這樣可以減少參考站網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)播發(fā)量。使用單差散射和非散射相位改正數(shù)形成壓縮的差分信息，其區(qū)域誤差改正數(shù)模型由流動站設(shè)備自定義。

3 影響 CORS 系統(tǒng)定位精度的因素

CORS 系統(tǒng)的定位精度除受到信號傳播誤差、軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及多路徑效應(yīng)的影響外，還受到定位參考框架的選擇、參考站坐標(biāo)解算過程中 IGS 跟蹤站的選取，以及流動站在參考站網(wǎng)中的位置、觀測時(shí)段及衛(wèi)星分布情況、系統(tǒng)定位算法的優(yōu)劣等影響。

4 實(shí)例分析

4.1 工程概況

本文采用的實(shí)例項(xiàng)目是大連某公路工程項(xiàng)目，項(xiàng)目按四級公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，全長 27.6km，測區(qū)為大型國有林場，山高林密，林道為年久土路，現(xiàn)需重新規(guī)劃和建設(shè)，改善行車及森林防火條件，同時(shí)帶動林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和旅游開發(fā)。

4.2 測量儀器

CQCORS 網(wǎng)絡(luò) RTK，主要設(shè)備為 TOPCON HiperGb 接收機(jī)，F(xiàn)C 系列手簿，有藍(lán)牙功能的 NOKIA手機(jī)； NIKON 全站儀（ 2″） 1 臺，DS3 水準(zhǔn)儀1 臺等.

4.3 道路中線測設(shè)

根據(jù)公路現(xiàn)狀，內(nèi)業(yè)解算出公路中線樁號和中樁坐標(biāo)，每隔 20 m 解算一個中樁，在地形變坡處、公路交叉口、曲線主點(diǎn)、土質(zhì)變化不良地段進(jìn)行加樁， 用CORS 放樣功能將中樁及加樁放于實(shí)地。

4.4 道路縱斷面測量

公路中線確定后，根據(jù)CORS 采集的中線樁點(diǎn)坐標(biāo)，通過繪圖軟件繪制出公路縱橫斷面圖。

4.5 施工控制點(diǎn)測量

在公路交叉口施工范圍外 5～10 m 各選擇 4個施工控制點(diǎn)，用三腳架固定方式獨(dú)立測量兩測回取平均值。

4.6 觀測數(shù)據(jù)分析

觀測完成后對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了以下對比：

1）CORS 所放樣中樁實(shí)地用全站儀觀測進(jìn)行對比。將公路部分路段300 m 的中樁CORS 所測值再用全站儀測量，坐標(biāo)差值 Y 最大值為 0.015m，X 最大值為 0.021 m，點(diǎn)位誤差最大值出現(xiàn)在 K0+ 140 處，點(diǎn)位最大誤差為0. 026 m。結(jié)果見表 1。

2）CORS 所測中樁高程與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測平差高程進(jìn)行對比，將公路部分路段 300 m 中樁的CORS 直接所測高程再經(jīng)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測平差后相比較，高程最大差值在 K3 + 157 處，最大值為 0.033m。結(jié)果如表 2 所示。

3）CORS 測量內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)，內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)采用測量值與組內(nèi)平均值比較的方法，即計(jì)算每組觀測數(shù)據(jù)的平均值，再與每個觀測值計(jì)算較差，從而計(jì)算出測量值在 X，Y，H 方向的內(nèi)符合精度，結(jié)果見表 3。

由表 1、表 2 可以看出，基于CORS 的網(wǎng)絡(luò)RTK 放樣成果與全站儀的放樣成果相差不大，與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測平差后的高差也相差不大，大部分為毫米級，其余差值為厘米級。平面成果中最大差值為26 mm，高程成果中最大差值為 33 mm，滿足公路工程施工的放樣要求。從表3 可以看出CORS公路測量點(diǎn)位精度沒有隨距離的變化發(fā)生變化，CORS 系統(tǒng)在網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外內(nèi)符合精度無明顯差別，X方向?yàn)?± 0.9 cm，Y 方向?yàn)?± 0.9 cm，H 方向?yàn)椤?1.8 cm。而在效率方面，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)要在同一等級的精度要求，常規(guī)測量方法下，完成這樣近 30 km的公路測量，需要 5 個工序，至少需要 6 人，20d 的工期，其中僅砍伐影響線路通視的林木就要占據(jù) 1/3～1/2 的工作量。而使用CORS，一人一機(jī)，僅需 2 個工序，2 人 12 d 工期即可完成。

4 結(jié)論

1）完成公路測量，CORS 與傳統(tǒng)測量相比較，工作效率高，效果更加顯著，是常規(guī)測量方法的4 倍以上，但必須保證測區(qū)CORS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋及無線網(wǎng)絡(luò)與移動用戶通訊暢通。2） 相比與常規(guī)測量方法的誤差累積，CORS公路測量結(jié)果整體精度均勻、獨(dú)立。

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