論述GPS—RTK技術(shù)協(xié)同全站儀在公路工程設(shè)計(jì)外業(yè)測(cè)量中的應(yīng)用

摘 要：本文闡述了公路工程設(shè)計(jì)外業(yè)測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)和全站儀相配合的使用方法，以及信號(hào)不好時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。實(shí)踐證明，該方法對(duì)完成設(shè)計(jì)外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)采集和放線工作，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和精度均符合規(guī)范要求，測(cè)量效率明顯提高。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)；全站儀；外業(yè)測(cè)量

近幾年，我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，工程設(shè)計(jì)行業(yè)不斷涌現(xiàn)出新設(shè)備和新技術(shù)，傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器早已成為歷史。其中GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)，幾乎完全改變了傳統(tǒng)的測(cè)量方法，然而GPS-RTK的測(cè)量技術(shù)還存在一定的局限性，比如高山樹(shù)林的遮擋，強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，太陽(yáng)黑子等因素都對(duì)測(cè)量質(zhì)量有一定的影響，甚至導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量。然而通過(guò)GPS-RTK和全站儀相結(jié)合的測(cè)量方法，不但解決了公路工程外業(yè)測(cè)量中采集和放線的盲區(qū)，且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和精度均符合規(guī)范要求，能取得不錯(cuò)的效果。其工作流程是：先用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量有信號(hào)的路段，沒(méi)有信號(hào)或信號(hào)弱不能保證測(cè)量精度的路段用全站儀測(cè)量，最后將兩者測(cè)量數(shù)據(jù)整理后輸入海地路線設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)路線設(shè)計(jì)計(jì)算完成后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況分別用GPS-RTK技術(shù)和全站儀進(jìn)行中線測(cè)量。

一、GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的工作原理和方法

GPS-RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。我們?cè)诠饭こ叹€路初測(cè)階段用GPS-RTK技術(shù)完成沿路線走向控制網(wǎng)點(diǎn)的測(cè)設(shè)?？刂凭W(wǎng)點(diǎn)選點(diǎn)原則為：一是遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射臺(tái)和高壓電線外，以避免周?chē)艌?chǎng)對(duì)GPS信號(hào)的影響。二是易于安置接收機(jī)的地方，視野開(kāi)闊，其周?chē)系K物的高度角應(yīng)大于10度。三是應(yīng)選在交通方便的地方，相鄰兩控制點(diǎn)之間的距離不大于5KM?？刂凭W(wǎng)點(diǎn)選點(diǎn)完成后就要在所選路線位置上布設(shè)導(dǎo)線，并用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，依次類(lèi)推測(cè)設(shè)各導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)，測(cè)至沒(méi)有信號(hào)或不能保證測(cè)量精度質(zhì)量路段停止測(cè)量，并詳細(xì)準(zhǔn)確記錄測(cè)量結(jié)果。利用已知導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)用全站儀測(cè)量后續(xù)導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)，并詳細(xì)準(zhǔn)確記錄測(cè)量結(jié)果。沒(méi)有信號(hào)或不能保證測(cè)量精度質(zhì)量路段導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量完成后，繼續(xù)用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)。重復(fù)以上過(guò)程完成全路線的導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量工作。將所有測(cè)量結(jié)果整理后輸入海地路線設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行路線設(shè)計(jì)，海地路線軟件設(shè)計(jì)計(jì)算完成后會(huì)輸出直曲要素表，為線路的定測(cè)工作做好準(zhǔn)備。

二、全站儀測(cè)量技術(shù)原理和方法

全站儀是由采集數(shù)據(jù)設(shè)備和微處理器組成。全站儀的工作原理是在測(cè)站上架設(shè)儀器，通過(guò)測(cè)角、量邊來(lái)確定測(cè)量點(diǎn)的位置，或直接測(cè)量待定點(diǎn)的坐標(biāo)值，是常規(guī)的三維極坐標(biāo)測(cè)量方法。全站儀的基本操作方法為：

（一）測(cè)量前的準(zhǔn)備工作。1.電池的安裝（注意：測(cè)量前電池需充足電）。2.儀器的安置。①選擇測(cè)站。②將全站儀安置于點(diǎn)，對(duì)中、整平。③安置棱鏡。3.豎直度盤(pán)和水平度盤(pán)指標(biāo)的設(shè)置。①豎直度盤(pán)指標(biāo)設(shè)置。松開(kāi)豎直度盤(pán)制動(dòng)鈕，將望遠(yuǎn)鏡縱轉(zhuǎn)一周（望遠(yuǎn)鏡處于盤(pán)左，當(dāng)物鏡穿過(guò)水平面時(shí)），豎直度盤(pán)指標(biāo)即已設(shè)置。隨即聽(tīng)見(jiàn)一聲?shū)Q響，并顯示出豎直角。②水平度盤(pán)指標(biāo)設(shè)置。松開(kāi)水平制動(dòng)螺旋，旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部360，水平度盤(pán)指標(biāo)即自動(dòng)設(shè)置。隨即一聲?shū)Q響，同時(shí)顯示水平角。至此，豎直度盤(pán)和水平度盤(pán)指標(biāo)已設(shè)置完畢。注意：每當(dāng)打開(kāi)儀器電源時(shí)，必須重新設(shè)置。4.調(diào)焦與照準(zhǔn)目標(biāo)。操作步驟與一般經(jīng)緯儀相同，注意消除視差。

（二）坐標(biāo)測(cè)量。1.設(shè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2.設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為其方位角。3.設(shè)置棱鏡常數(shù)。4.設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。5.量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。6.照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測(cè)量鍵，全站儀開(kāi)始測(cè)距并計(jì)算顯示測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)

三、GPS-RTK技術(shù)和全站儀相配合的使用方法

我們?cè)诠饭こ叹€路的定測(cè)階段測(cè)量工作主要有：中線測(cè)量、線路縱橫斷面的測(cè)量。中線測(cè)量是把設(shè)計(jì)好的線路中線測(cè)設(shè)到地面上，并用木樁或鋼釘標(biāo)定出來(lái)。中線測(cè)量包括放線和中樁高程測(cè)量?jī)刹糠止ぷ?。用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行中線測(cè)量，需要把圖上路線設(shè)計(jì)好的直曲要素（如主控點(diǎn)樁號(hào)、起終點(diǎn)方位角、直線段距離、緩和曲線距離、圓曲線半徑）等輸入GPS手薄中，手薄會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。再在手薄中進(jìn)入路線放樣模式通過(guò)導(dǎo)航提示就可以定位各路線中樁并顯示高程。從線路起點(diǎn)開(kāi)始，沿線路方向在地面上設(shè)置整樁和加樁：整樁是每隔一整數(shù)距離設(shè)一樁，根據(jù)不同線路整樁之間的距離可以是20m、30m、50m等。加樁是相鄰整樁之間線路穿過(guò)地物及地面坡度變化處等增設(shè)的樁，加樁分為地形加樁、地物加樁、曲線加樁和關(guān)系加樁。設(shè)置的中樁除了在地面上做出標(biāo)記，同時(shí)要詳細(xì)記錄下各中樁的相應(yīng)高程。沿路線方向用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量到?jīng)]有信號(hào)或不能保證測(cè)量精度質(zhì)量路段停止測(cè)量，并詳細(xì)記錄下全部測(cè)量數(shù)據(jù)。

我們?cè)跊](méi)有信號(hào)或不能保證測(cè)量精度質(zhì)量路段用全站儀和水準(zhǔn)儀完成中線測(cè)量。根據(jù)海地路線設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出來(lái)的直曲要素坐標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)已知點(diǎn)的坐標(biāo)，可以用全站儀放樣路線中樁的整樁和加樁。具體放樣過(guò)程如下：1.按MENU-----進(jìn)入主菜單測(cè)量模式。2.按LAYOUT----進(jìn)入放樣程序，再按SKP------略過(guò)選擇文件。3.按OOC.PT（F1），再按NEZ，輸入測(cè)站O點(diǎn)的坐標(biāo)（XO，YO，HO）；并在INS.HT一欄，輸入儀器高。4、按BACKSIGHT（F2），再按NE/AZ，輸入后視點(diǎn)A的坐標(biāo)（XA，YA）。5、按LAYOUT（F3）：輸入待放樣點(diǎn)B的坐標(biāo)（XB，YB，HB）及測(cè)桿單棱鏡的鏡高后，按ANGLE（F1）。使用水平制動(dòng)和水平微動(dòng)螺旋，使顯示的DHR=0，即找到了OB方向，指揮持測(cè)桿單棱鏡者移動(dòng)位置，使棱鏡立于OB方向上。6、按DIST，進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)顯示的dHD來(lái)指揮持棱鏡者沿OB方向移動(dòng)，若dHD為正，則向O點(diǎn)方向移動(dòng)；反之若dHD為負(fù)，則向遠(yuǎn)處移動(dòng)，直至dHD=0時(shí)，立棱鏡點(diǎn)即為放樣B點(diǎn)，依次類(lèi)推放出所有中樁點(diǎn)位置。用水準(zhǔn)儀測(cè)出各中樁的高程，并做詳細(xì)記錄，這樣就完成了該路段的中線測(cè)量。我們就可以在已完成中線測(cè)量路段進(jìn)行橫斷面測(cè)量。有信號(hào)路段繼續(xù)使用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量，直到項(xiàng)目路段全部測(cè)量完成，最后收集整理全部測(cè)量數(shù)據(jù)以備海地路線設(shè)計(jì)軟件使用。