基于SDCORS 的公路工程控制測(cè)量研究

■路克擴(kuò)，武前前 ■山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100

公路工程在施工過程中，由于工期較長、線路工作量較大、技術(shù)指標(biāo)控制嚴(yán)格等特點(diǎn)，從而導(dǎo)致在工程線路測(cè)繪，尤其控制測(cè)量中存在一定的難度，傳統(tǒng)的觀測(cè)手段邊長與角度觀測(cè)量較多、平差處理相對(duì)困難，對(duì)公路工程施工中的精度與質(zhì)量產(chǎn)生關(guān)聯(lián)影響。本文從現(xiàn)代新興的CORS 定位服務(wù)系統(tǒng)出發(fā)，探究CORS 技術(shù)在公路工程控制測(cè)量中的作用，創(chuàng)新傳統(tǒng)的測(cè)量模式，提高線路工程測(cè)繪的精度與效率。

1 CORS 定位原理概述

GNSS 是以空間衛(wèi)星作為控制基點(diǎn)，以接收導(dǎo)航電文的形式，通過空間后方交會(huì)確定接收機(jī)位置電文的定位形式。為消除電離層、對(duì)流層誤差，以及減弱接收機(jī)原子鐘、衛(wèi)星鐘等系統(tǒng)誤差，利用假設(shè)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站，以載波相位差分方式，獲取到較高精度的RTK 測(cè)量結(jié)果，但受基準(zhǔn)站與流動(dòng)站距離的影響，導(dǎo)致參考解算模型的變化，因而點(diǎn)位精度伴隨兩站間距離的延長而迅速衰減。

伴隨現(xiàn)代通訊技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，通過將分布于一定區(qū)域的多個(gè)基準(zhǔn)站以網(wǎng)絡(luò)形式組合起來，構(gòu)成連續(xù)運(yùn)行的參考基準(zhǔn)站網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)(CORS)，并以GPRS/CDMA/3G 作為差分信號(hào)傳輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的UHF 電臺(tái)播發(fā)方式，擴(kuò)大信號(hào)覆蓋范圍的同時(shí)，結(jié)合流動(dòng)站周邊基準(zhǔn)站網(wǎng)的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，求解符合流動(dòng)站的最優(yōu)差分模型，進(jìn)而確保CORS 框架下的點(diǎn)位精度統(tǒng)一。

2 公路線狀工程控制測(cè)量

公路工程測(cè)繪，作為線路測(cè)量的分支應(yīng)用，主要集中在公路前期設(shè)計(jì)選線階段的帶狀地形圖測(cè)繪、工程施工期間的道路定線測(cè)量與工程竣工階段的線路測(cè)繪3 個(gè)階段。設(shè)計(jì)選線階段的測(cè)量首先要以導(dǎo)線或靜態(tài)觀測(cè)的方式，建立測(cè)區(qū)帶狀首級(jí)控制與圖根控制點(diǎn)，然后以全站儀、GPS-RTK 的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;道路施工期間，需要按照?qǐng)D紙相關(guān)設(shè)計(jì)要求，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地放樣出道路邊樁、涵洞與邊坡等點(diǎn)位，涉及到線路起止、曲線轉(zhuǎn)點(diǎn)、道路中樁等關(guān)鍵信息，因而對(duì)施工控制點(diǎn)的精度也更為嚴(yán)格;工程竣工階段時(shí)，通常要測(cè)量道路的竣工平面圖與道路縱橫斷面圖，以檢核線路施工是否滿足設(shè)計(jì)條件。

線路工程測(cè)繪與放樣中的控制測(cè)量，常用導(dǎo)線法、靜態(tài)控制、GPSRTK 等方法。其中工程導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)在地勢(shì)較高、便于通視的位置，通視為提高導(dǎo)線測(cè)量的精度，全站儀導(dǎo)線邊長不宜大于1km，按照測(cè)量規(guī)范，進(jìn)行相應(yīng)測(cè)回的角度與邊長測(cè)繪，并按公式(1)進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)增量和改化至參考橢球面:

上式中Hm為導(dǎo)線點(diǎn)的平均高程。

大地水準(zhǔn)面的坐標(biāo)增量和歸算至高斯平面的方法為:

上式中ym為導(dǎo)線兩端點(diǎn)橫坐標(biāo)的均值。

GPS 控制測(cè)量，依照測(cè)繪作業(yè)模式的不同，又分為靜態(tài)觀測(cè)與RTK控制測(cè)量。其靜態(tài)觀測(cè)無需點(diǎn)位間的通視、測(cè)繪精度較高，雙頻設(shè)備基線解算精度可達(dá)5mm±1ppm，只需在每個(gè)待測(cè)控制點(diǎn)架設(shè)儀器，開機(jī)觀測(cè)45-90min，然后內(nèi)業(yè)進(jìn)行相應(yīng)的基線解算，并通過已知控制點(diǎn)完成三維約束平差;RTK 控制測(cè)量中，依照控制點(diǎn)類型等級(jí)差別，在一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)采用快速靜態(tài)的方式，采集15min 觀測(cè)數(shù)據(jù)，在圖根點(diǎn)以RTK 實(shí)時(shí)差分測(cè)量的方式，直接求解圖根點(diǎn)的坐標(biāo)，但流動(dòng)站與基準(zhǔn)站不得超過10km。

3 SDCORS 在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用探究

為提升測(cè)繪行業(yè)數(shù)字化的整體水平，山東省率先建設(shè)形成覆蓋全省的連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)(SDCORS)，借助移動(dòng)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，依托均衡分布覆蓋山東省全境的基準(zhǔn)參考站，實(shí)現(xiàn)了省內(nèi)測(cè)區(qū)的無縫高精定位服務(wù)，并在氣象預(yù)報(bào)、國土勘測(cè)、工程測(cè)量、交通導(dǎo)航、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

在公路工程控制測(cè)量中，通過引入CORS-RTK 觀測(cè)模式，用戶在經(jīng)VPN 驗(yàn)證后，即可接收SDCORS 臨近參考站點(diǎn)播發(fā)的差分改正信息，不必改變和重復(fù)架設(shè)基準(zhǔn)站接收機(jī)，提高測(cè)繪效率的同時(shí)，也維持了整體精度的相對(duì)統(tǒng)一。測(cè)量時(shí)利用快速靜態(tài)的方式，分別測(cè)繪一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，并與鄰近的參考站觀測(cè)數(shù)據(jù)，共同進(jìn)行事后差分解算，進(jìn)行整體網(wǎng)平差解算，不必架設(shè)基準(zhǔn)站，開機(jī)觀測(cè)15min，網(wǎng)形以邊連式為主。

采用SDCORS 布設(shè)圖根控制點(diǎn)時(shí)，首先利用周邊高等級(jí)GPS 控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的布爾莎七參數(shù)，再用實(shí)時(shí)CORS-RTK 定位的形式，進(jìn)行圖根控制點(diǎn)的測(cè)量。測(cè)量時(shí)，需要滿足CH/T 2009-2010《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范》的要求，每個(gè)圖根點(diǎn)均獨(dú)立觀測(cè)兩次，較差在允許的范圍內(nèi)時(shí)取平均值作為最終成果。同時(shí)，以圖根點(diǎn)為起算點(diǎn)使用全站儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要檢核SDCORS 成果的精度。

為科學(xué)評(píng)價(jià)SDCORS 在線路工程測(cè)量中的測(cè)繪精度，以高等級(jí)控制點(diǎn)位基礎(chǔ)，通過全站儀與水準(zhǔn)儀等常規(guī)測(cè)繪儀器，進(jìn)行部分公共控制點(diǎn)復(fù)測(cè)，與SDCORS 測(cè)繪成果進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)線點(diǎn)、圖根點(diǎn)精度均能滿足GB50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》的要求。

從控制測(cè)量成果精度分析，導(dǎo)線點(diǎn)與圖根點(diǎn)的可靠性相對(duì)穩(wěn)定，以快速靜態(tài)方式求解的導(dǎo)線點(diǎn)平面與高程精度一般在1cm 以下，達(dá)到毫米級(jí)精度;以CORS-RTK 形式測(cè)量的圖根點(diǎn)精度一般平面在2cm 以下，高程精度一般在3cm 以下，完全滿足公路線路測(cè)量的精度要求。

4 總結(jié)

相對(duì)于其它地形測(cè)繪或工程放線而言，公路測(cè)量的測(cè)繪區(qū)間相對(duì)狹長，線路跨度較大，進(jìn)而導(dǎo)線測(cè)量時(shí)對(duì)傳統(tǒng)高等級(jí)控制點(diǎn)的數(shù)量、精度與統(tǒng)一性要求較高;GPS 靜態(tài)控制測(cè)量中，盡管一定程度上降低了外業(yè)的工作強(qiáng)度，但因其事后解算作業(yè)模式的限制，難以實(shí)時(shí)探測(cè)點(diǎn)位精度問題;GPS-RTK 實(shí)時(shí)差分定位，需在不同線路分段區(qū)域假設(shè)基準(zhǔn)站接收機(jī)，難以維持流動(dòng)站點(diǎn)位精度的整體統(tǒng)一，造成圖根控制或放樣控制的精度不均衡;而引入CORS 定位服務(wù)系統(tǒng)參與公路工程控制測(cè)量，有效提升了成果精度的統(tǒng)一性，大大提高了測(cè)繪作業(yè)效率。

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