淺談測繪新技術(shù)在山區(qū)公路勘測中的應(yīng)用

姬海鵬

(盤縣公路測量設(shè)計隊)

1 測繪新技術(shù)簡介

隨著測繪技術(shù)發(fā)展和提高，測繪數(shù)據(jù)的采集方式趨向自動化、智能化，現(xiàn)代公路勘測的控制測量作業(yè)基本已由第一代的經(jīng)緯儀配合測距儀、第二代的全站儀轉(zhuǎn)變到現(xiàn)今主流的GPS測量上。山區(qū)公路采用GPS測量比在平原微丘區(qū)有更高的優(yōu)越性。

(1)GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。

(2)GPS測量可以大大提高工作質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)控制，自動記錄、自動數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動平差計算。

(3)GPS-RTK技術(shù)徹底改變公路測量模式。RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)行實地實時放樣、中樁測量、點(diǎn)位測量等。

(4)GPS測量可以極大地降低勞動作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。作業(yè)效率為常規(guī)測量方法的3倍以上。

(5)GPS高程測量同平面測量一樣，是GPS測量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢下，由于這些地區(qū)地形條件的限制，實施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測量有困難，GPS高程測量無疑是一種有效的手段。

2 GPS應(yīng)用實例

盤縣羊場經(jīng)英武至大山二級公路全長102.344 1 km，其中主線64.695 km，起于盤縣羊場鄉(xiāng)接羊場至柏果二級公路，經(jīng)英武、馬場、老廠、馬依，止于盤縣大山鎮(zhèn)接大山至響水二級公路。支線37.429 km起于馬依，經(jīng)忠義、新民，止于普安縣樓下鎮(zhèn)接樓下至興義二級公路。

項目控制點(diǎn)設(shè)置完畢后，用6臺徠卡GPS單頻接收機(jī)對32個GPS控制點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)觀測。為保證測量精度，觀測前對徠卡GPS接收機(jī)的性能和可靠性進(jìn)行全面檢驗，各項指標(biāo)合格后才允許參加作業(yè);導(dǎo)線點(diǎn)每個時段同步觀測時間均不少于45 min，重復(fù)設(shè)站次數(shù)不少于2次;以邊連式方法組網(wǎng)進(jìn)行觀測，采樣間隔取5 S，截止高度角取20°，GDOP小于6，同時觀測到有效衛(wèi)星數(shù)大于5顆;接收機(jī)開始記錄數(shù)據(jù)后，隨時注意衛(wèi)星信號和信息存儲情況，當(dāng)接收或存儲出現(xiàn)異常時，調(diào)整觀測計劃，延長接收機(jī)觀測時間。每天觀測結(jié)束后要及時對當(dāng)天的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括基線解算，同步環(huán)閉合差計算等，對超限的點(diǎn)位要進(jìn)行整體分析，如有必要進(jìn)行重測或補(bǔ)測。

3 GPS技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用

GPS技術(shù)通過信息傳感技術(shù)、空間測量技術(shù)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。地球測量技術(shù)越來越精確，一些潛在的地質(zhì)狀態(tài)越來越清晰的展現(xiàn)在我們面前，地質(zhì)災(zāi)害分析也越來越精確。公路施工中依據(jù)不同的地理狀態(tài)進(jìn)行整體的工程設(shè)計分析，規(guī)避開地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域，進(jìn)行最安全穩(wěn)妥的施工方案設(shè)計，是公路工程質(zhì)量的重要保障。

3.1 GPS數(shù)據(jù)采集

在山區(qū)進(jìn)行GPS測量時，由于路線經(jīng)過峽谷等地形復(fù)雜地段，點(diǎn)位上方的GPS衛(wèi)星信號會被遮擋一部分，觀測條件往往較差，因此作業(yè)前應(yīng)查看觀測站星空圖，選擇適當(dāng)?shù)挠^測時間段，用適當(dāng)延長觀測時間等手段來提高觀測精度，二、三、四等GPS控制網(wǎng)應(yīng)以邊連式、網(wǎng)連式方法組網(wǎng)觀測。根據(jù)實踐經(jīng)驗，在山嶺重丘區(qū)，用GPS單頻接收機(jī)對控制點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)觀測時，二級平面導(dǎo)線每個時段同步觀測時間不少于45 min，截止高度角取20°。

3.2 GPS數(shù)據(jù)處理

控制網(wǎng)點(diǎn)觀測完成后，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢查和校對，確認(rèn)外業(yè)數(shù)據(jù)無誤后，采用高精度的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在地形起伏較大、樹木茂密的山嶺重丘區(qū)，由于GPS接收信號受到不同程度的影響，在數(shù)據(jù)處理過程中，往往會出現(xiàn)大量不合格基線，部分同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差會超限，提高控制網(wǎng)解算精度，盡量避免大量的外業(yè)重測工作，是測繪工作者需更深一步研究的問題。

GPS基線向量網(wǎng)的平差分為無約束平差、約束平差、聯(lián)合平差三種類型。目前，對于絕大多數(shù)的地區(qū)聯(lián)合平差是解決GPS網(wǎng)成果轉(zhuǎn)換的有效手段，也是絕大多數(shù)的地區(qū)目前唯一行之有效的方法。因此GPS網(wǎng)一般要聯(lián)測3～5個已知點(diǎn);聯(lián)合平差或約束平差成果的精度分析主要考察各類觀測值的改正數(shù)分布是否有明顯粗差，平差坐標(biāo)、點(diǎn)位誤差、轉(zhuǎn)換參數(shù)、單位權(quán)重誤差是否通過統(tǒng)計檢驗，邊長相對精度是否滿足設(shè)計精度要求。

GPS高程擬合根據(jù)不同軟件的要求，為保證作業(yè)精度，至少要聯(lián)測4個水準(zhǔn)高程點(diǎn)。

3.3 中樁放樣

(1)在GPS中選擇“放樣”選項，進(jìn)行放樣測量作業(yè)，系統(tǒng)軟件會自動根據(jù)輸入到RTK電子簿中的放樣點(diǎn)坐標(biāo)定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位。

(2)山區(qū)公路由于地形條件的限制，RTK放樣常會遇到許多無信號區(qū)域，這就要求放樣工作應(yīng)由RTK配合全站儀共同完成，在無信號區(qū)域，可在附近有信號區(qū)域選定兩點(diǎn)并由RTK實時測定出三維坐標(biāo)供全站儀放樣用。這種組合作業(yè)模式貫穿于整個外業(yè)測繪工作中。

3.4 斷面測量

全站儀具有測量精度高、速度快、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。全站儀普遍應(yīng)用之后，我國公路及鐵路勘測單位相繼使用全站儀的坐標(biāo)測量功能直接進(jìn)行橫斷面測量，使用全站儀測量橫斷面成為高精度及高效橫斷面測量的首選方法。一些儀器制造商也針對自身儀器開發(fā)了專門的橫斷面測量程序(如尼康和徠卡)。

運(yùn)用此類程序進(jìn)行橫斷面測量分兩種情況。

第一種情況是如果只需獲取斷面數(shù)據(jù)，則可自由設(shè)站，測站不需坐標(biāo)，直接測定處于斷面線上相鄰兩點(diǎn)間的平距高差，從而獲得橫斷面數(shù)據(jù)，此方法要求斷面線方向需根據(jù)路線前后走向選擇。

第二種情況是既需獲取橫斷面數(shù)據(jù)，同時還要獲取各斷面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，那么就需要設(shè)站于已知坐標(biāo)點(diǎn)上，使用本站定向后，測定斷面數(shù)據(jù)并同時保存各斷面點(diǎn)三維坐標(biāo)備查或作他用。少數(shù)隱蔽點(diǎn)在10～15 m以內(nèi)，當(dāng)前后有全站儀測量點(diǎn)時，可以用傳統(tǒng)的抬桿法加密補(bǔ)充。

3.5 路線地形圖測繪

根據(jù)公路等級特點(diǎn)和成本效益控制山區(qū)二級及以下公路勘測地形圖測繪不必采用高精度大比例尺實測或航測，一般采取擴(kuò)放國家萬分之一地形圖，根據(jù)實測的路線控制工點(diǎn)、中樁點(diǎn)位高程等修正路線臨近等高線，并調(diào)繪變化、新增的地物地貌繪制路線地形圖。對于新建路段或改建路的大型方案調(diào)整路段、大橋隧道等位置，則需實測該部分地形予以補(bǔ)充。

4 結(jié)束語

對于山區(qū)低等級公路(三、四級)勘測，測區(qū)難以獲得高一級控制點(diǎn)，或控制點(diǎn)難以進(jìn)行附合(閉合)測量，有的測區(qū)沒有萬分之一地形圖的情況，控制測量可以采用全站儀支導(dǎo)線的形式，由于公路是連續(xù)構(gòu)造物，施工放樣和路線平高均是由相鄰導(dǎo)線點(diǎn)連續(xù)控制的，所以只要支導(dǎo)線連續(xù)相鄰點(diǎn)間的平面高程誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，無論支導(dǎo)線的累積誤差最終結(jié)果如何，均能滿足設(shè)計和施工要求，對于沒有萬分之一地形圖的區(qū)域，則可采用獨(dú)立坐標(biāo)高程系統(tǒng)，并沿線手繪近似的路線地形圖。

[1]宗慶，楊留方.城市規(guī)劃核實測繪的新方法[J］.城市勘測，2010，(1).

[2]李俊宇.探討測繪新技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用[J］.科技信息，2009，(23).

[3]交通部部頒《公路勘測規(guī)范》(JTG C10-2007)[S］.

[4]建設(shè)部、質(zhì)監(jiān)局頒《工程測量規(guī)范》(GB 50026-2007)[S］.