道路工程測量中GPS-RTK的技術優勢

張克銘

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院，云南 昆明 650000）

引言

1 工程概況

我市某公路工程項目，起點K0+000，止點K40+471.078，道路工程分主線、景觀步道兩條道路，主線全長40.47kin，等級為I級主干道，景觀步道全長24.71km，為Ⅲ級次干道。內容包括：1)路基土石方量：挖方、填方。2)軟基礎工程：CFG樁、碎石墊土層、土工格柵。3)橋涵工程大、中、小橋梁及涵洞。4)路面工程。5)截污干渠

2 儀器使用

本次測量使用的GPS-RTK采用南方品牌S82RTK系列儀器，該系統采用超長距離RTK技術，第三代GPS衛星L5信號接收技術，預留GLONASS信號通道可升級為雙頻雙星系統。靜態后處理精度：平面，±2.5mm+1ppm；高程，±5.0 mm+1ppm；RTK定位精度：平面，±1 cm+1ppm；高程，±2cm+1ppm。全站儀采用徠卡LEICATC802全站儀；測角精度：±2″；測距精度：±(2mm+2ppm×D)。

3 測量實施

采用GPS靜態觀測進行E級網首級控制，加密GPS點53個，復測已知點l4個，各項操作嚴格按照GPS測量規范要求施測。后期使用南方測繪Gps數據處理軟件經過基線處理和平差解算，GPS網的同步環坐標分量閉合差、最弱點點位中誤差、最弱邊相對中誤差、邊長相對中誤差等項精度指標均符合規范要求，復測成果與原成果相差甚微。并對所有加密的GPS點按照四等水準測量規范測量。使用北京清華山維平差程序進行水準平差計算，獲得最后的加密點平高成果。

3.1 橫斷面復測比較

橫斷面復測的主要目的是計算填方、挖方土石量、核實工程量等。下面以K14+540斷面為例加以探討。

3.1.1 GPS-RTK測量

1)測量方法

將設計中樁坐標傳輸入RTK手簿后，行至K14+540里程工程便道附近，使用南方RTK手簿的工程之星軟件的"點放樣"功能放樣出K14+540中樁位置后實測該點高程并記錄，再使用南方RTK手簿工程之星軟件的"交點法定線"程序確定橫斷面左側延長線方向，并實測記錄路線中地形變換點的點位坐標，橫斷面右側路線斷面測量同左側。

2)內業處理方法

內業軟件使用南方CASS7.1for2004版，依次點擊菜單欄中繪圖處理、展野外測量點點號，將RTK測量所得的點位坐標展繪到cass圖上，再依次點擊菜單欄中工程應用繪制斷面圖根據已知坐標，提取剛剛展繪的坐標點，程序自動生成斷面圖。

圖1 GPS-RTK 測量示意圖

3.1.2 全站儀法一(極坐標法)

1)測量方法

出測前先將K14+540附近的成對控制點A17，A16坐標及其他中樁坐標一并傳輸入全站儀中，在A17處架設全站儀，設置測站點、定向點、儀器高度、棱鏡高度、棱鏡常數、溫度、氣壓等信息，使用A16點定向無誤后，進入放樣程序后調取K14十540點及其他點位坐標并放樣，在放樣點位做好標記。再將儀器遷站架設到K14+540處，重復測站設置工作，此時為了確定斷面方向宜使用該斷面臨近點位如K14+560進行0°定向(因斷面間距為20m，故忽略斷面中心點落在曲線上的情況，將斷面與中心線夾角統一定義為90°)后，再將儀器旋轉90°及270°分別對橫斷面左幅、右幅進行斷面變換點坐標測量并自動記錄坐標值。

2)內業處理方法同GPS-RTK方法。

3.1.3 全站儀法二(只測量高程、距離)

1)測量方法

在事先RTK已經放得的逐樁中樁點位架設儀器，設置測站高度(高程已測得)、儀器高度、棱鏡高度等參數，再利用臨近的中樁點位定向(定向原則同全站儀方法一)，再將儀器旋轉90°及270°分別對橫斷面左幅、右幅進行斷面變換點距離、高程的測量并記錄在觀測手簿上，格式為"±距離，高程"。

2)內業處理方法

將實測距離、高程值手動錄入為*.hdm文件，打開CASS7.1，依次點擊菜單欄中工程應用繪制斷面圖根據里程文件，提取剛剛錄入的*.hdm文件，程序自動生成斷面圖。

3.1.4 比較

全站儀法一受限于逐樁進行放樣、逐樁進行測站設置(點號、高程)、定向等因素，此方法還存在測站定向誤差、放樣誤差等因素；全站儀法二受限于逐樁設置儀器高度、定向、人工記錄數據、內業人工錄人成果等因素。同時受施工現場復雜地形影響(便道填筑高度、施工機械停放位置、清表垃圾堆積等)會出現斷面觀測不通視的情況。

3.2 坡腳線放樣比較

坡腳線放樣的主要目的是控制路基路面寬度、控制各層(碎石土、基層、片石、結構層、面層等)的高度。本例仍以K14+540斷面為例。

1)GPS-RTK測量方法(如圖l所示)：使用南方RTK手簿工程之星軟件"交點法定線"程序在斷面OA延長線上大于設計路面OA長度的大至位置B處，實測該點位高程，利用B點實測高程與A點路面設計高程計算高程差值。

△ab，按照l：1.5的坡度比計算出C點水平距離增量△ac，B點高程對應的距離在RTK測量結果中能夠直接顯示，再計算理論坡腳C點與實測B點的放樣距離偏差△bc后按距離偏差值重新放樣，直至確定D點坡腳的實際位置和高程，并定樁。其過程大致為實測--自動計算--實測--自動計算。

2)全站儀法：在控制點上架設儀器，設置測站、定向結束后，先使用CASIO4800計算器的XY-2程序計算出點的坐標，再在全站儀中錄入A點坐標并使用全站儀的放樣功能放樣出0點、A點位置，再按照OA的延長線方向任意測得B點的高程，再利用B點實測高程與A點路面設計高程計算高程差值△ab，按照1：1.5的坡度比計算出C點水平距離增量△ac，B點高程對應的距離可使用全站儀自帶的對邊測量程序測得，再計算理論坡腳C點與實測B點的放樣距離偏差△bc后按距離偏差值重新放樣，直至確定D點坡腳的實際位置和高程，并定樁。其過程大致為人工計算--放樣--實測高程--實測距離--人工計算--實測，反復2-3次人工計算、實測過程。

3)比較：全站儀法受限于反復人工計算、全站儀數據錄入、放樣，放樣速度慢等因素。

結束語

該道路工程應用中GPS-RTK、全站儀的應用比較表明：RTK測量成果能夠達到工程測量規范的要求，省時、省力、提高工作效率和節省工程費用等優點比較明顯，雖然RTK也存在著一定的缺點，但筆者認為隨著GPS-RTK技術難關的攻破，國產儀器自主知識產權的成熟，移動信息技術在RTK中的融合，儀器價位的走低以及觀測精度、速度的提高，RTK能夠為工程測量提供更高的測量精度，能夠創造更好的社會效益，普及速度會越來越快。

[1]國家測繪局測繪標準化研究所.GB/T 18314-2009全球定位系統(GPS)測量規范[S].北京：中國標準出版社，2009.