基于RTK技術的城市道路斷面數(shù)據(jù)的獲取

李光耀

（蘭州市城市建設設計院，甘肅蘭州730030）

0 引言

道路縱橫斷面測量是道路工程測量的重要組成部分。城市道路改擴建工程的縱橫斷面測量和線形設計有別于新建城市道路，其無章可循，實際操作難度較大。傳統(tǒng)的縱橫斷面測繪是以水準儀為主體進行的，主要利用電子全站儀、水準儀等地面測量儀器，配合其他測量工具(如皮尺、塔尺等)進行。這種測量模式存在著作業(yè)人員和儀器設備多、野外工作量大、工作效率低、測量誤差累積、現(xiàn)場測量成果不直觀、自動化程度較低等諸多弊端。

目前隨著測繪儀器的更新?lián)Q代，測繪高新技術的廣泛應用，縱橫斷面測量方法也有所改進。根據(jù)不同的地形狀況、周邊環(huán)境，以及設計要求，可以選用不同的測繪手段，優(yōu)質、快速、高效地獲得縱橫斷面圖的測量成果。一般需改擴建的城市道路，在運營多年后，縱、橫斷面已偏離竣工時的線形，如何合理地利用成熟的高新測繪手段，對縱橫斷面進行測量顯得尤為重要。為此，本文結合工作實際，基于RTK技術，針對城市道路改擴建工程的縱、橫斷面測量方法及相應實施過程做一實際應用。

1 RTK定位技術簡介

RTK(實時動態(tài))定位技術是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS技術，它是GPS測量術發(fā)展的一個新突破，在測繪、交通、能源、城市建設等領域有廣闊的應用前景。RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設備、數(shù)據(jù)傳輸設備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關鍵設備。實踐證明，RTK技術能有效地解決傳統(tǒng)測量技術難以解決的通行、通視等困難。只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業(yè)半徑范圍內(一般為5 km),RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級,且不存在誤差積累。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視,只需要滿足“電磁波通視和對空通視的要求”，因此和傳統(tǒng)測量相比,RTK技術受限因素少，幾乎可以全天候作業(yè)。RTK可勝任各種測繪外業(yè)。流動站配備高效手持操作手簿，內置專業(yè)軟件可自動實現(xiàn)多種測繪功能，減少人為誤差,保證了作業(yè)精度。

蘭州市城市建設設計院從2000年開始在測繪業(yè)務中使用GPS+RTK技術，主要應用于地形測量、道路定測等工作。RTK作業(yè)測量正常時間為1～2 s，平面精度就可以達到1 cm左右，高程精度可以達到1～3 cm，且整個測量過程不需通視，尤其是道路定測工作有著常規(guī)測量儀器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點。儀器型號：HIPER雙頻RTK，該儀器內置道路定測軟件，只要輸入道路的設計元素即可。

2 GPS-RTK技術在城市道路改擴建斷面測量中的應用

2.1 工程概況

蘭州市北濱河路是集綠化、景觀、交通為一體的城市主干道。道路建成十余年來，局部路面水泥板塊破損，特別是由于洪道橋與路基之間的不均勻沉降，路面下沉嚴重，使用功能無法滿足2011年蘭州國際馬拉松賽道的整體要求，其中北濱河路（七里河橋—城關黃河大橋段）全長7.15 km，路面破損尤為嚴重，作為此次道路改擴建工程的重點路段進行整治。

蘭州市北濱河路作為城市主干道，交通環(huán)境復雜，車流量大。根據(jù)設計任務的要求，道路縱橫斷面的測量任務量大，工期緊，如果按照傳統(tǒng)的測繪方法，需投入大量的人員設備，再加上交通環(huán)境的諸多困難，短期內按時保質保量完成任務困難比較大。鑒于此種情況，根據(jù)多年來使用RTK技術的成熟經(jīng)驗，通過分析比較，認為基于RTK技術獲取城市道路改擴建斷面數(shù)據(jù)是唯一可行的手段。

2.2 前期準備工作

（1）道路斷面數(shù)據(jù)測量依據(jù)：

根據(jù)《城市測量規(guī)范》（CJJ8-99）7.4市政工程測量的要求，道路中線樁位與曲線測設的限差見表1所列。

縱、橫斷面測量：縱斷面測量，相鄰水準點高差與縱斷檢測的限差，不應超過2 cm。橫斷面測量的方向，在直線部分應與中線垂直，在曲線部分應在法線上。

（2）布設測區(qū)控制網(wǎng)，北濱河路（七里河橋—城關黃河大橋段）全長7.15 km，每隔2 km布設一對控制點，按照E級網(wǎng)控制作數(shù)據(jù)處理，施測4個四等水準點。基準站選擇設置在其中地勢開闊、比較高的已知控制點上。RTK在進行中樁放樣與縱斷面測量時，要求初始化測量兩次，以減少粗差。

表1 線路中線樁位與曲線測設的限差一覽表

（3）該項測量采用1+2的RTK模式，即一臺基準站、兩臺流動站。RTK手簿內置道路測設軟件，輸入道路設計諸要素后，用一臺流動站進行中樁放樣與縱斷面測量，需一人操作。另外一臺流動站專做橫斷面測量。為了提高測量速度，需兩人配合工作。該項測量只需安排4人即可。

3 中線放樣方法

GPS-RTK技術具有多種放樣功能，在道路放樣中最常用的是放樣點位或者道路中線放樣。首先進入RTK手簿的道路中線放樣界面，然后輸入所要放樣的起始樁號，RTK手簿馬上就顯示出當前點的信息，并自動解算出平面、高程數(shù)據(jù)，將當前點的位置顯示在導航圖的中央。并顯示出當前點與放樣點實際位置的偏移量，同時在導航圖上顯示出RTK天線應移動的方向和距離。當RTK天線位置與放樣點的實際位置重合時，即可得到放樣點的位置，同時采集該點的實地坐標和高程，并存放于坐標文件中。至此道路的中樁平面坐標與高程（縱斷面）數(shù)據(jù)已經(jīng)獲取。表2為部分中樁、縱斷面兩次初始化測量結果的數(shù)據(jù)比較。

表2 部分中樁、縱斷面兩次初始化測量結果比較表

橫斷面的測量方法：橫斷面測量主要是根據(jù)設計的要求，沿中線方向大約每隔20 m的間隔，垂直于中線，在中線兩側測量一定距離寬度的地形變化數(shù)據(jù)。RTK測量時采用線路放樣模式，橫斷面的流動站在任意位置時，都會顯示距中線的垂直距離，因此只需移動到設計中樁號對應的地方，根據(jù)地形變化情況采集該變化點的位置數(shù)據(jù)（包含距中線距離、高程），然后讀取前面的中線測量數(shù)據(jù)記錄，計算出變化點相對應的樁號的橫斷面數(shù)據(jù)（相對中線的距離、高差）。為便于處理，在采集記錄時各斷面是按里程樁編號。

內業(yè)數(shù)據(jù)整理：將所采集的中線坐標、縱斷面數(shù)據(jù)文件與橫斷面數(shù)據(jù)進行整理并輸出到計算機，可以用于后期的道路縱橫斷面設計。

4 結語

RTK作業(yè)法具備許多獨特的優(yōu)點，如:基準站只需架設一次（只要流動站能 收到數(shù)據(jù)鏈信號），無須架設在平面控制點上等。所需的控制點數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù) ，僅需一人操作，每個放樣點只需要停留1～2 s,就可以完成作業(yè)。在城市道路路線測量中，每小組(3～4人)每天可完成中線測量 3～5 km,在中線放樣的同時完成中樁抄平工作。獨特的優(yōu)點形成了它獨特的作業(yè)優(yōu)勢：野外作業(yè)靈活、方便、高效，尤其是在地形特別復雜的測區(qū)作業(yè)，其精度和效率更是其他常規(guī)測量方法所無法比擬的。

其缺點是：RTK的測量精度受橢球轉換參數(shù)、GPS衛(wèi)星、測區(qū)環(huán)境和數(shù)據(jù)鏈的影響，其定位精度存在不穩(wěn)定性，定位誤差也隨著距離的增加而變大。甚至在一些特殊區(qū)域，如在立交橋或高大建筑物下作業(yè)根本無法工作。因此，這種作業(yè)手段只能在條件許可的情況下使用。

基于以上的工作實踐和目前實際情況，在道路縱橫斷面測量中，條件允許的情況下，采用RTK一體化作業(yè)盡可能取代傳統(tǒng)作業(yè)方法，縮短工作周期，縱橫斷面數(shù)據(jù)不會與所測地形圖產(chǎn)生矛盾。因此.可以大大減少野外工作，又可節(jié)約成本、提高工作效率，而且其優(yōu)越性更為明顯。

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