全數字化坐標放樣在規劃監督測量中的應用

杜學華

(1.石嘴山市規劃管理局,寧夏石嘴山 753000; 2.石嘴山市城市測繪隊,寧夏石嘴山 753000)

全數字化坐標放樣在規劃監督測量中的應用

杜學華1,2?

(1.石嘴山市規劃管理局,寧夏石嘴山 753000; 2.石嘴山市城市測繪隊,寧夏石嘴山 753000)

基于規劃監督測量中放線測量工作的特殊性,結合本單位的測繪生產平臺,提出全數字化坐標放樣的方法和思路。通過實例介紹了利用CASS地形地籍成圖軟件自動提取放樣點坐標、采用GPS RTK或全站儀放樣的具體流程,驗證了全數字化坐標放樣方法的可行性和優越性。該方法可以大幅度提高作業效率和放樣精度,不僅能充分滿足規劃監督測量中放線測量的需要,對其他工程中的放樣測量工作也具有一定的借鑒價值。

規劃監督;測量;全數字化;坐標放樣;CASS;GPS RTK

1 引 言

規劃監督測量是加強城市建設和規劃管理的一項重要基礎性工作,規劃監督測量的內容主要包括放線測量,灰線驗線測量、±0層驗線測量和驗收測量。作為規劃監督測量工作的首要環節,放線測量的重要性不言而喻。規劃放線測量的特殊性在于必須采用城市統一的平面坐標系統,需要根據城市規劃主管部門出具的條件、條件點坐標和施工圖等資料,獲取建(構)筑物外墻角點坐標;樁點必須統一編號,同一項目內的樁點編號不能重復。

放線測量以往主要采用解析法,如解析實釘法和解析撥釘法。但解析法放樣內業、外業都需要大量的手工計算,坐標數據手工輸入,無法完全避免人為因素導致的錯誤,作業效率較低,難以滿足建設規模大、單體建筑數量多、放樣點數多的工程項目。而利用專業繪圖軟件預先采集到待測設點的基于城市坐標系的平面坐標,并將其轉換成相應格式的坐標數據文件,上傳到GPS RTK的電子手簿或者全站儀中,利用儀器的坐標放樣功能,就可以實現任意設站測設待放樣點位,無需人工進行任何計算,我們稱這種測設方法為全數字化坐標放樣。全數字化坐標放樣方法較解析法放樣自動化程度大幅度提高,作業效率高,精度可靠,可以很好地滿足規劃放線測量的需要,尤其對于建設規模大、單體建筑數量多、放樣點數多的項目,更能體現出其優越性。

2 基于CASS和GPS RTK的全數字化坐標放樣

2.1 CASS

CASS地形地籍成圖軟件是基于AutoCAD平臺技術進行二次開發的GIS前端數據處理系統,廣泛應用于地形成圖、地籍成圖、工程測量應用、空間數據建庫等領域。因其功能強大、操作界面簡單方便,自軟件推出以來,已經成長業內認可度較高的主流成圖系統。

2.2 GPS RTK

RTK(Real Time Kinematic)技術是GPS實時動態定位的簡稱,是以載波相位觀測值為根據的實時差分技術。RTK定位是通過基準站接收機實時地把觀測數據(如偽距或相位觀測值)及已知數據(如基準站坐標)傳輸給流動站接收機,流動站快速求解整周模糊度,在觀測到4顆以上衛星后,可以在1 s～2 s的時間里實時地求解出厘米級流動站動態位置坐標。這項技術自20世紀90年代初一經問世,極大地拓展了GPS的使用空間,使GPS從只能做控制測量的局面中擺脫出來,開始廣泛運用于工程測量。由于該技術具有點與點之間不需要通視,可大幅度提高作業效率、節省勞動成本和勞動力等優點,在一、二、三級平面控制和圖根控制、碎部測量、規劃定線、驗線以及城市道路測量等方面得到了廣泛應用。

目前大部分GPS RTK設備都是采用PDL電臺來進行基準站和流動站之間的數據通訊。PDL電臺采用UHF波段進行數據通訊,容易受到測區內其他電磁波信號的干擾,造成流動站無法穩定地接收到基準站發送的差分改正數,導致長時間無法得到RTK固定解,影響作業效率。

隨著GSM網絡的完善及其覆蓋范圍的不斷擴大,在城區及其周邊地區采用GSM網絡來替代電臺進行RTK差分改正的數據通訊已經達到了實用化。

近年來,筆者基于CASS和GPS RTK,利用GSM網絡,采用全數字化坐標放樣方法,完成1 000余件規劃放線測量工作,放樣條件坐標點4 000余個,沒有出現錯漏,取得了較好的實用效果。

3 全數字化坐標放樣流程

全數字化坐標放樣流程(以GPS RTK為例)如圖1所示:

圖1 全數字化坐標放樣流程圖

3.1 放樣數據準備

目前,建設單位報批規劃放線手續,除了提供紙質的規劃平面圖,同時提供電子版圖件,一般均可利用CASS軟件讀取和處理。使用CASS軟件的縮放、平移、旋轉等操作對電子版規劃平面圖進行修改和編輯,使圖上標注的坐標值與查詢的坐標值一致。利用CASS軟件的指定點生成數據文件功能,提取各設計條件點準確坐標,數據格式為*.dat,然后轉換成GPS RTK可識別*.tsk坐標文件格式,通過數據線或者藍牙上傳至GPS RTK的電子手簿。

3.2 繪制放線點位示意圖

利用CASS軟件的展點號功能,將生成的數據文件的點號展繪在經編輯和修改過的電子版規劃平面圖上,標注相關尺寸,并檢查坐標數據、尺寸關系,確保其正確。打印帶有點號、坐標及尺寸的放線圖,以備現場放樣時檢核使用。

3.3 GPS RTK設置

如果測區附近有現成的RTK基準站點,只需要架設基準站進行相關設置,并檢查附近高等級控制點,誤差在允許范圍之內時即可開始放樣。

如果測區附近沒有可利用的現成基準站點,則可以就近架設基準站。選擇基準站應注意以下幾點:

(1)衛星高度角在15°以上,四周開闊,無大型遮擋物;

(2)沒有強電磁波干擾(200 m內沒有微波站、雷達站等,100 m內無高壓線);

(3)使用PDL電臺作業時,基準站盡量架設在較高位置,基準站和流動站之間最好無大型遮擋物,否則差分傳播距離會迅速縮短;

(4)基準站點應做固定標記,以備今后驗線、驗收測量時使用。

基準站完成設置后,流動站采集兩個已知高等級控制點的坐標,然后在電子手簿上現場進行關聯解算,獲得轉換參數,并以城市坐標替換當前坐標;檢查第三個高等級控制點,誤差在允許范圍之內時方可開始作業。

3.4 坐標放樣

進入GPS RTK電子手簿的點放樣模式,打開預先上傳的*.tsk格式坐標文件,根據手簿提示逐一放樣條件坐標點。每完成一個點的放樣,實時采集當前點實際坐標,將其編碼為“s+點號”,并和該點條件坐標比對,誤差值不超限再進行下一個點的放樣。

3.5 繪制放線成果圖及坐標成果表

完成外業坐標放樣后,需要在放線示意圖的基礎上繪制放線成果圖,并以放線坐標數據為基礎制作放線坐標成果表。放線成果圖應與規劃平面圖保持一致,要全面反映出建設項目名稱、建筑物的坐落位置、四至關系、北方向、長寬尺寸、條件點點號、放線單位名稱及放線日期等相關信息。

3.6 提交放線成果

規劃放線單、規劃平面圖、放線成果圖及放線坐標成果表共同組成一份完整的規劃放線成果資料,經質檢審核后及時存檔并提交給建設單位。

4 實例應用

以紅領喜來小區規劃放線為例介紹全數字化坐標放樣過程。

紅領喜來小區項目是政府安居工程項目,規模較大,單體建筑多達42棟。采用本文所述方法,共提取條件點290個,數據文件命名為“紅領喜來放線坐標.dat”,數據格式為“點名,編碼,Y(E),X(N),H”,如圖2所示:

將“紅領喜來放線坐標.dat”用自編程序或Excel轉換成“紅領喜來放線坐標.tsk”文件,數據格式為“點名_, X(N),Y(E),H”,如圖3所示:

圖2 紅領喜來放線坐標.dat

圖3 紅領喜來放線坐標.tsk

將“紅領喜來放線坐標.tsk”文件上傳至GPS RTK的電子手簿,繪制并打印放線點位示意圖(存儲格式為DWG格式),如圖4所示:

圖4 紅領喜來放線點位示意圖(局部)

將基準站架設在距離測區不足1 km的原有基準站點“GRSJ”(基準站點名)上,利用GSM網絡進行數據通訊,完成設置和檢查后即進入測區開始放線測量。由于點數較多,該項目放線測量分兩次進行,兩次作業總計用時4 h,較以往的解析放樣法提高效率5倍以上。

完成外業放線后,需及時繪制規劃放線成果圖,放線成果圖直接在點位示意圖的基礎上補充完善相關信息即可,如圖5所示:

圖5 紅領喜來放線成果圖(局部)

將“紅領喜來放線坐標.dat”文件導入Excel,自動生成放線坐標成果表,以附表形式附在放線成果圖后,如圖6所示:

圖6 紅領喜來放線成果表

繪制放線成果圖及生成放線坐標成果表,單人操作幾分鐘內就可以輕松完成。

5 精度分析

RTK基準站點的可靠性直接影響著放線測量的精度,因此,除了在選擇基準站點位、設置基準站時嚴格按照3.3節所述要求進行外,起算點盡量選擇較高等級已知點。前述基準站點“GRSJ”(基準站點名)起算點為2012年更新的石嘴山市四等GPS點,精度可靠,充分保證了基準站點的解算精度。

為了進一步了解全數字化坐標放樣方法的可靠性,在“紅領喜來放線坐標.dat”文件的1～100、101～200、201～290三個號段各隨機選取了20個點(共計60個點)作為樣本,以實地放樣時采集的校核坐標為參照,簡單分析一下放樣精度。

6 結 語

由于?.dat文件、?.tsk文件、放線點位示意圖、放線點位成果圖等都是以電子版文件形式進行存儲,因而在樁點遭到破壞或有特殊情況需要重新放樣時,可以十分方便地重新傳輸數據和實施放樣。在后期的灰線驗線測量、±0層驗線測量和竣工驗收測量等環節,DWG格式的電子版放線成果圖可以和驗線測量、竣工驗收測量等成果進行直觀的疊加比對和檢核,將為規劃監察部門的執法監督工作帶來很多便利。

隨著測繪技術的進步和社會經濟的發展,許多城市建立了CORS系統,并得到了迅速的發展,有些已經基本實現了城市區域覆蓋,為城市基礎地理空間信息的采集和應用提供了極大便利。可以預見,基于CORS系統的GPS RTK測量技術在今后將得到更為廣泛的應用。除規劃監督測量外,在施工測量、撥地測量和道路定線測量等領域,全數字化坐標放樣方法的應用價值也將得到進一步體現,它將逐步替代傳統的放樣方法,成為一種新的發展趨勢。需要注意的是,在內業處理電子版圖件、提取坐標數據、轉換數據等環節,要仔細進行檢核校對,以免出現錯漏。實地放樣時,在一些高大建筑物附近和樹木密集的區域,受多路徑效應、衛星高度角及流動站上方遮擋物的影響,GPS信號會受到不同程度的干擾,獲得窄帶固定解的速度會變得十分緩慢,甚至無法獲得窄帶固定解,難以保證較高的放樣效率和精度。這種情況下,可以采用GPS RTK在相對空曠處測設臨時控制點,配合全站儀進行放樣,同樣可以保證較高的放樣效率和足夠的精度。

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Fully Digital Coordinate Lofting in Planning the Application of the Supervision and Measurement

Du Xuehua1,2
(1.Shizuishan City Planning Administration,Shizuishan 753000,China; 2.Shizuishan City Mapping Team,Shizuishan 753000,China)

Based on measurements of the planning authority actinomycetes measurements particularity,production platform combining mapping of the unit,proposed all-digital coordinate stakeout methods and ideas.CASS by example describes the use of land by the terrain mapping software automatically extracts stakeout point coordinates,specific processes using GPS RTK or total station loft,verified all digital coordinates lofting feasibility and superiority.The method can greatly improve the working efficiency and accuracy staked,not only can fully meet the program monitoring measurements actinomycetes measurement needs,on other projects in the loft measurements also has some reference value.

planning authority;measurement;fully digital;coordinate stakeout;CASS;GPS RTK

2014—03—21

杜學華(1973—),男,工程師,主要從事工程測量和GIS應用研究工作。