高速公路外業(yè)測(cè)量的構(gòu)想與發(fā)展

郜振強(qiáng)

摘要：高速公路的外業(yè)測(cè)量要求嚴(yán)，精度高，而且受地形、地貌的限制比較大。所以無(wú)論新建公路還是改建公路項(xiàng)目的外業(yè)數(shù)據(jù)的收集顯得尤為重要與困難。一個(gè)高速公路項(xiàng)目的外業(yè)測(cè)量分為初測(cè)與定測(cè)，筆者重點(diǎn)討論定測(cè)的相關(guān)問(wèn)題。外業(yè)測(cè)量是高速公路建設(shè)不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文結(jié)合高速公路外業(yè)測(cè)量的現(xiàn)狀，針對(duì)外業(yè)測(cè)量的技術(shù)、方法與設(shè)備等的發(fā)展提出幾點(diǎn)構(gòu)想。

關(guān)鍵詞： 外業(yè)測(cè)量;實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)構(gòu)想;測(cè)量數(shù)據(jù)

一、概述

1.高速公路外業(yè)測(cè)量現(xiàn)狀

現(xiàn)有高速公路外業(yè)測(cè)量步驟較為細(xì)致，大致可分為（1）路線中樁敷設(shè)（2）中樁高程測(cè)量（3）橫斷面測(cè)量（4）地形圖測(cè)繪（5）路基、路面及排水勘測(cè)與調(diào)查（6）小橋涵勘測(cè)與調(diào)查（7）大、中橋勘測(cè)與調(diào)查（8）隧道勘測(cè)與調(diào)查（9）路線交叉勘測(cè)與調(diào)查（10）沿線設(shè)施勘測(cè)與調(diào)查（11）環(huán)境保護(hù)調(diào)查（12）臨時(shí)工程勘測(cè)與調(diào)查（13）工程經(jīng)濟(jì)調(diào)查。在此步驟中有諸多步驟可統(tǒng)籌安排進(jìn)行;也有的步驟是補(bǔ)充與核對(duì)，如步驟（4）;也有的步驟在某些項(xiàng)目中不存在，如（8），但所有步驟都是必不可少和簡(jiǎn)化的。

2.測(cè)量?jī)x器現(xiàn)狀

外業(yè)測(cè)量的儀器主要有：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)儀器，全站儀，水準(zhǔn)儀，經(jīng)緯儀等。中線定測(cè)運(yùn)用GPS動(dòng)態(tài)放樣，即省時(shí)又省力且確保路線測(cè)設(shè)精度，采用的儀器主要為拓普康公司生產(chǎn)的全套實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x器。中樁高程測(cè)量主要采用水準(zhǔn)儀，傳統(tǒng)的光學(xué)儀器保證了高程測(cè)量的精度。橫斷面測(cè)量主要采用全站儀，電子儀器應(yīng)用使得讀數(shù)和計(jì)算更加準(zhǔn)確與快捷。其他勘測(cè)與調(diào)查中可采用全站儀或經(jīng)緯儀。

3.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的技術(shù)應(yīng)用

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，建立無(wú)線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。這樣就可以實(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，根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測(cè)時(shí)間，從而減少冗余觀測(cè)，提高工作效率。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和地理信息系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)有的新型的儀器可以跟蹤美國(guó)的GPS衛(wèi)星，又可以跟蹤俄羅斯聯(lián)邦的GLONASS衛(wèi)星，這無(wú)疑將會(huì)增加接收機(jī)的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)，從而提高工作效率。其中全球定位系統(tǒng)（GPS）是由美國(guó)國(guó)防部掌控的星基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)為任何裝備了GPS接收機(jī)的近地用戶提供了全球、全天候、24小時(shí)的定位、測(cè)速和定時(shí)服務(wù)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）是由俄聯(lián)邦國(guó)防部掌控的與GPS類似的導(dǎo)航系統(tǒng)。

二、對(duì)技術(shù)、設(shè)備發(fā)展的構(gòu)想

1.路線中樁敷設(shè)

現(xiàn)狀路線中樁敷設(shè)中，是利用RTK技術(shù)，對(duì)輸入樁號(hào)，然會(huì)用手持的接收機(jī)定位，無(wú)限的靠近改點(diǎn)，得出此點(diǎn)的三位坐標(biāo)。在此過(guò)程中對(duì)一些地形變化點(diǎn)、地形地物的特殊點(diǎn)等往往需要反復(fù)輸入，尋找，直至無(wú)限接近改點(diǎn)。

在此構(gòu)想，可改變測(cè)量?jī)x器硬件及軟件的模塊，由此改變測(cè)量的方法。首先通過(guò)線位的數(shù)據(jù)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)可完成路線在大地坐標(biāo)中的線位，手持接收機(jī)可顯示測(cè)量人員所在的位置與該位置垂直與線位的中樁的距離與方向，然后測(cè)量人員去無(wú)限靠近中樁，得到中樁的三維坐標(biāo);如該中樁不是所需特征點(diǎn)，可沿大致路線方向前后移動(dòng)到所需點(diǎn)位置的附近，再沿路線法線方向無(wú)限接近該點(diǎn)，得到該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，得到樁號(hào)。由此可免去反復(fù)輸入樁號(hào)的繁瑣過(guò)程。

在此可構(gòu)想有一臺(tái)小巧便于攜帶的掌上電腦，此中已儲(chǔ)存三維化的地形圖，路線的平面及初步縱斷面數(shù)據(jù)，既形成路線的三維透視圖（現(xiàn)已有相關(guān)軟件可以生成）。

在測(cè)量的過(guò)程中其他測(cè)量人員可持有掌上電腦，此電腦的軟件及硬件可與RTK接收機(jī)相接，做到實(shí)時(shí)連接，掌上電腦已有三維化的地形圖中，可實(shí)時(shí)看到所放線點(diǎn)所在三維地形圖中的位置，可以看到此點(diǎn)的填挖情況。如果遇到不合適的地方，就可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，然后再連接手持接收機(jī)進(jìn)行重新敷設(shè)，做到最大方面的優(yōu)化路線方案。

2.中樁高程測(cè)量

在中樁高程測(cè)量中，現(xiàn)狀是采用水準(zhǔn)儀測(cè)量。水準(zhǔn)測(cè)量采用激光測(cè)量?jī)x器，水準(zhǔn)尺由特殊的反射材料做成，由特制電子的水準(zhǔn)儀發(fā)出水平射線反射回來(lái)，然后顯示讀數(shù)，并且可設(shè)置前視后視，直接計(jì)算高差，記錄人員可持有掌上電腦計(jì)算數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)有專業(yè)的計(jì)算軟件計(jì)算并且做出平差。此數(shù)據(jù)成果可與路線中樁測(cè)量中的掌上電腦聯(lián)結(jié)傳輸數(shù)據(jù)，直接形成縱斷面數(shù)據(jù)，免去了數(shù)據(jù)計(jì)算與輸入的繁瑣過(guò)程，也避免了數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤。

3.橫斷面測(cè)量

橫斷面測(cè)量中可采用全站儀或RTK測(cè)量，在此可構(gòu)想儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)可直接聯(lián)結(jié)到掌上電腦，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與三維地形圖數(shù)模的比對(duì)，可減少測(cè)量數(shù)據(jù)中的誤差，最后的測(cè)量數(shù)據(jù)成果可直接形成橫斷面數(shù)據(jù)，避免了數(shù)據(jù)輸入的繁瑣過(guò)程。在掌上電腦中可以顯示測(cè)量點(diǎn)的位置，可以根據(jù)具體的需要確定測(cè)量的距離，這樣可以具體位置具體測(cè)量，避免了浪費(fèi)和漏測(cè)，提高了效率。

4.地形圖測(cè)繪

地形圖的測(cè)繪，同樣采用RTK技術(shù)和掌上電腦的結(jié)合，實(shí)時(shí)比對(duì)，實(shí)時(shí)觀測(cè)，這樣可以提高準(zhǔn)確率和精度，避免漏測(cè)，并且可節(jié)省大量的數(shù)據(jù)輸入時(shí)間。

5.勘測(cè)與調(diào)查

在眾多的勘測(cè)與調(diào)查中，我們同樣可采用相同的技術(shù)手段，可利用三維透視圖和現(xiàn)場(chǎng)地形的結(jié)合做出判斷，使得勘測(cè)和調(diào)查更加準(zhǔn)確，并且可以利用計(jì)算機(jī)模擬各種天氣氣候環(huán)境下的數(shù)據(jù)，做到準(zhǔn)確合理的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。如對(duì)一個(gè)涵洞的調(diào)查，在三維透視圖中已經(jīng)做出初步的設(shè)計(jì)，我們可以在三維透視圖中模擬降雨的情況，可以判斷出該涵洞的設(shè)置位置及結(jié)構(gòu)型式是不是合理，如不合理，可及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整，再次重新確定位置和結(jié)構(gòu)型式。同樣大中橋的勘測(cè)與調(diào)查可采用相同的技術(shù)方法確定。同時(shí)還可以查閱互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)其他的調(diào)查有很大的幫助。

總之我們的測(cè)量數(shù)據(jù)在外業(yè)測(cè)量過(guò)程中直接由測(cè)量人員直接錄入電腦，自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，直接形成數(shù)字化的數(shù)據(jù)成果，這樣有利于我們今后的查閱和利用，縮短了數(shù)據(jù)錄入和轉(zhuǎn)抄的中間過(guò)程，提高了準(zhǔn)確率和工作效率。

三、結(jié)束語(yǔ)

建立勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié)，是公路勘測(cè)設(shè)計(jì)“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求，也是影響高等級(jí)公路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”所在。針對(duì)高速公路的外業(yè)測(cè)量的儀器、設(shè)備及軟硬件的發(fā)展必將帶來(lái)測(cè)量技術(shù)的更大的革新，使得測(cè)量向著高效、高精度發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)公路勘測(cè)設(shè)計(jì)的“內(nèi)外業(yè)一體化”。