GPS與全站儀聯(lián)合測量在高速公路勘測中的應(yīng)用

摘要：針對地形復(fù)雜的山區(qū)高速公路勘測，用常規(guī)方法進行勘測比較困難，傳統(tǒng)的測量方法越來越不能滿足測量效率和生產(chǎn)成本的要求，但采用GPS與全站儀聯(lián)合作業(yè)，使各自優(yōu)勢互補，在保證測量精度的前提下，可大大提高測量精度和測量效率。

關(guān)鍵詞：GPS；RTK；全站儀；聯(lián)合作業(yè)

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)將迎來前所未有的發(fā)展機遇，這就對勘測設(shè)計提出了更高的要求，隨著公路勘測設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，公路勘測設(shè)計已實現(xiàn)自動化和一體化，有些軟件本身還要求提供數(shù)字化測量成果的支持。對于高速公路的設(shè)計，勘測工作是先行，其工作效率、精度控制以及與設(shè)計本身結(jié)合的緊密程度，都會影響勘察設(shè)計的進展速度和成果質(zhì)量。目前高速公路勘測中仍會使用全站儀等儀器設(shè)備，但常規(guī)測量方法受通視和作業(yè)條件的限制，外業(yè)工作強度大，且工作效率低，大大延長了勘察設(shè)計周期。為此迫切需要精度高、速度快、人工成本低、不受條件限制的測量方法，在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)具有優(yōu)越性。GPS靜態(tài)測量方法建立平面控制網(wǎng)測量，為初測、定測階段測量工作提供基礎(chǔ)資料；GPSRTK（實時動態(tài)定位）技術(shù)在定測階段的應(yīng)用同樣有著廣闊的前景，但是單一的測量方法都會遇到問題，比如全站儀的相互通視問題，GPS 測量時衛(wèi)星信號較弱問題等，在公路勘測中都有各自的優(yōu)勢和缺點，只有聯(lián)合協(xié)同作業(yè)，取長補短，優(yōu)勢互補，才能提高勘測精度，大大加快勘測進度。

1 總體思路

對于一條高速公路的勘測設(shè)計而言，首先要建立高精度的控制網(wǎng)。采用GPS靜態(tài)測量平面控制網(wǎng)，進行GPS網(wǎng)平差計算，得到一套滿足設(shè)計、施工、運營等階段的高精度控制網(wǎng)成果。其次，在定測階段，利用RTK技術(shù)測量滿足設(shè)計專業(yè)所需要測量成果，包括中線放樣，路基橫斷面測量，橋涵隧道工點，地質(zhì)鉆孔，地物補測等測量工作。對于地形復(fù)雜GPS信號弱的地段，采用全站儀和GPS聯(lián)合作業(yè)。在開闊地段用RTK技術(shù)測量兩個三維坐標(biāo)作為圖根控制點，然后用全站儀完成測量工作，而對于空中地物測量，如高壓線跨線、建筑物、懸崖高度測量，RTK技術(shù)是無法實現(xiàn)的，只能利用全站儀常規(guī)測量來實現(xiàn)。

2 項目介紹

2.1 工程概況

擬建的貴州省安順至紫云段高速公路，線路位于安順市、紫云縣境內(nèi)，起點K0+000于安順市東面的已建普定至安順高速公路安順北環(huán)線徑向相接，終點位于紫云縣城東北的沙子哨，通過設(shè)置樞紐互通連接已建的惠水至興仁高速公路，終點樁號K56+200，路線全長55.813km。設(shè)計速度100km/h，采用雙向四車道，整體式路基寬度26m，瀝青混凝土路面。

2.2 主要工作內(nèi)容

擬建高速公路主線、互通式立交及其連接線、服務(wù)區(qū)道路改移等項目的勘測工作，其主要內(nèi)容如下：

1）對初測階段布設(shè)的控制點進行復(fù)測和補測；

2）對復(fù)雜大中橋和隧道進行控制點布設(shè)和測量；

3）修正、補充測繪1：2000地形圖地形、地物；

4）進行中線放樣、橫斷面測量、橋縱及涵軸測量、地質(zhì)鉆孔放樣、橋隧工點地形圖測繪。

3 GPS靜態(tài)測量在高速公路測量中的應(yīng)用

由于本項目線路變化復(fù)雜，地形起伏較大，植被茂密，通視條件差，山高溝深，懸崖絕壁，測量條件艱險，勘測時間緊迫，采用先進的GPS設(shè)備應(yīng)當(dāng)是首選。同時GPS測量具有點位之間不要求通視，定位精度高，全天候作業(yè)、自動化程度高等優(yōu)點，因此本項目采用GPS靜態(tài)測量技術(shù)進行平面控制測量，其比傳統(tǒng)方法具有更高的優(yōu)越性。

1）GPS靜態(tài)測量具有極高的精度：測站之間無需通視，不受環(huán)境、距離通視條件限制，可以全天侯不受天氣的影響，使得選點更加靈活方便，非常適合于地形條件困難地區(qū)。

2）定位精度高：一般雙頻GPS 接收機基線解精度為5mm+1ppm， 尤其在長距離的環(huán)境下， GPS 測量優(yōu)越性更加突出。

3）GPS測量極大的降低人工成本和勞動強度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。

4）操作簡便、自動化程度高：在觀測中測量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)， 而其它整個測量過程全自動記錄、自動數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動平差計算。

3.1 GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集

在山區(qū)進行GPS測量時，由于路線地形復(fù)雜，植被茂密，點位上方的GPS衛(wèi)星信號較弱，從整體上講觀測條件往往較差，因此作業(yè)前應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)挠^測時間段，適當(dāng)延長觀測時間等手段來提高觀測精度，本次控制點復(fù)測利用8臺天寶GPS雙頻接收機對控制點進行邊連式、網(wǎng)連式方法組網(wǎng)觀測，按公路四等要求實測，每個時段同步觀測時間均不少于60分鐘，采樣間隔取不大于30s，截止高度角取15度，GDOP小于6，同時觀測到有效衛(wèi)星數(shù)大于5顆。接收機開始記錄數(shù)據(jù)后，隨時注意衛(wèi)星信號和信息存儲狀態(tài)。

3.2 GPS數(shù)據(jù)處理

控制網(wǎng)測量外業(yè)完成后，對原始記錄數(shù)據(jù)進行檢查和校對，確認外業(yè)數(shù)據(jù)無誤后進行數(shù)據(jù)處理，基線解算使用徠卡LGO7.0軟件，平差軟件采用武漢大學(xué)研制的COSA GPS5.2版，平差過程包括三維網(wǎng)平差及二維網(wǎng)約束平差。二維網(wǎng)約束平差后要統(tǒng)計最弱點點位中誤差、最弱邊相對中誤差。各項技術(shù)指標(biāo)的檢核結(jié)果顯示四等GPS平面控制網(wǎng)平差的各項技術(shù)指標(biāo)合格，平差計算成果滿足技術(shù)要求，成果可靠。

4 RTK技術(shù)在高速公路測量中的應(yīng)用

實時動態(tài)（RTK）定位技術(shù)是GPS 測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破，在高速公路勘測設(shè)計中有廣闊的應(yīng)用前景。RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動站組成，其原理是選擇點位開闊的控制點安置一臺接收機作為基準(zhǔn)站，另一臺或幾臺接收機放在流動站上，同步采集相同衛(wèi)星的信號。流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)，利且GPS內(nèi)置的隨機軟件實時數(shù)據(jù)處理，根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標(biāo)和測量精度。

RTK技術(shù)在高速公路勘測中有著廣闊的應(yīng)用范圍，可以完成中樁測量、橫斷面、縱斷面測量、橋涵工點測量、地質(zhì)鉆孔放樣等工作。測量2～4s，精度就可以達到1～3cm，而且整個測量過程無需通視，有著常規(guī)測量儀器無法比擬的優(yōu)點。

1）RTK測量實時獲得高可靠性和厘米級精度的測量成果；

2）實時提供三維坐標(biāo)，現(xiàn)場及時檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，避免外業(yè)返工，提高了作業(yè)效率；

3）作業(yè)效率高：可以全天侯工作，定位速度快，誤差不積累，節(jié)省人力成本，其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的；

4）在中線放樣的同時完成中樁高程測量；

5）RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

5 GPSRTK技術(shù)與全站儀聯(lián)合作業(yè)

采用RTK技術(shù)放樣時，需把設(shè)計好的點位坐標(biāo)或中線道路線條輸入到電子手簿中，連接 GPS接收機，會實時計算和提醒要放樣點的位置，既快速又方便，由于GPS是通過三維坐標(biāo)來直接放樣，不會產(chǎn)生誤差積累，并且精度很高也很均勻，在外業(yè)放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作。但由于山區(qū)高速公路受地形條件的限制，RTK測量常會遇到許多無信號區(qū)域，這就要求測量工作應(yīng)由RTK與常規(guī)儀器配合共同完成。在附近有信號區(qū)域選定兩點并由RTK實時測定出三維坐標(biāo)作為全站儀的圖根控制點，再利用全站儀測量其碎部點。如果只靠全站儀去測量，還需從控制點引關(guān)系，這樣可能會產(chǎn)生積累誤差，并且工作效率低下，增加工作強度，所以這種組合作業(yè)模式貫穿于整個山區(qū)公路外業(yè)測繪工作中。

6 總結(jié)

1）GPS靜態(tài)測量技術(shù)可以高效、精確地完成高速公路平面控制網(wǎng)測量；

2）勘測過程中采用先進的GPSRTK技術(shù)，可以大大提高工作效率，降低了勘測項目生產(chǎn)成本；

3）在山區(qū)高速公路勘測時，要從實際出發(fā)，靈活選用各項現(xiàn)代測繪技術(shù)，將各種儀器針對測區(qū)狀況有機結(jié)合，取長補短，協(xié)同作業(yè)，在確保山區(qū)公路測量的精度滿足規(guī)范要求的情況下，提高測繪和整個公路勘察設(shè)計的工作效率；

4）GPS技術(shù)在高速公路測量中的應(yīng)用，是高速公路勘測的一項革命性的技術(shù)革新，它將對傳統(tǒng)的常規(guī)作業(yè)方法予以更新。

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作者簡介：馬軍（1983），男，漢族，甘肅禮縣人，本科，甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司助理工程師、測繪技術(shù)員，研究方向：鐵路及公路勘測。