利用RTK技術和南方CASS軟件測量和計算路基土方工程量方法的解析

盧耀方

（中鐵二十一局集團第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

利用RTK技術和南方CASS軟件測量和計算路基土方工程量方法的解析

盧耀方

（中鐵二十一局集團第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著鐵路工程、公路工程等的快速發展，工程建設的周期進一步壓縮，工程施工快速準備、快速進場、快速施工、快速完成已經是當下工程建設的不二法門。在鐵路、公路等工程建設中，路基土方工程一直是非常重要的施工內容，它往往是整個工程區段最長、工程量最大，也往往是產生最大效益的施工內容。路基土方工程量的確定是極其重要的，只有準確的測定實際的土方工程量多少，才能把握對上或是對下驗工計價的依據，才能把握效益的大小。路基施工常穿越不同的地形，原地面起伏不定，這就給土方測量工作帶較大的困難，傳統的土方測量方法為利用水準儀或全站儀等現場測量記錄高差，內業手工畫圖蓋帽，統計土方量，外業和內業工作量巨大，測量周期長。為利用GPS動態RTK技術，結合南方CASS軟件對路基土方外業測量、內業計算等方面進行了改進，大大減輕了土方外業測量的強度和簡化了內業畫圖計算的工作量。

RTK技術；南方CASS；土方測量；改進；實踐

在鐵路、公路工程等路基施工測量工作中，土方斷面測量工作是外業工作量和內業畫圖計算量很大的一項工作，它的進度直接影響工程的開工時間。傳統的土方測量方法在路基區間長、工程量巨大、地形變化復雜、地面附著物較多的情況下已經不能滿足施工的需求，隨著GPS動態RTK技術和計算機軟件的快速發展，為土方測量工作帶來更多的選擇和新的方法。

以TrimbleGPS設備為實踐，從儀器設備的架設、控制點校正、地面數據采集、數據導入、處理、斷面生成等方面進行了實踐和研究。

1　傳統土方測量方法和新方法的比較

傳統的土方外業測量方法是用全站儀或是水準儀測量原地面的高差，一臺全站儀或是水準儀要配備1名司鏡人員，1名記錄員、最少兩個跑棱鏡人員，受地形的限制，全站儀往往不能通視，需要經常地調整儀器的架設位置，浪費了大量的時間；現場人工記錄數據也容易出現錯誤；內業畫圖時需要把每一個斷面的高差數據輸入到CAD中，然后進行設計斷面的帶帽，查詢和統計每個斷面的面積，工作量非常大。

新的土方外業測量方法是利用動態RTK技術采集原地面數據，基站架設和控制點校正完成后即可進行采集，設備足夠多的情況下可以幾個人同時采集，人員不足時1個人也可以完成作業，不收地形和通視條件的限制，采集距離可達10km，手簿自動記錄數據，減少了工作量且不會出錯；內業由南方CASS軟件自動生成斷面和匯總土方量，快速、準確、出圖和輸出方便，可以節約大量的人力、物力。

2　動態RTK技術

RTK定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態；可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業，也可在動態條件下直接開機，并在動態環境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果

3　Cass軟件

CASS地形地藉成圖軟件是基于AutoCAD平臺技術的數字化測繪數據采集系統。廣泛應用于地形成圖、地藉成圖、工程測量應用三大領域，且全面面向GIS，徹底打通數字化成圖系統與GIS接口，使用骨架線實時編輯、簡碼用戶化、GIS無縫接口等先進技術。

4　數據采集

4.1儀器設備校正

將GPS基站架設到待測路基區間的大致中間位置，選取地勢較高處，連接好基站和流動站后進行控制點的校正，選取經過復測無誤得控制點，水平控制點不能少于4個，高程控制點不少于3個。校正滿足限差要求后即可進行原地面數據的采集。

4.2原地面數據采集

1）首先要根據設計的曲線要素、中樁坐標等資料計算出設計土方斷面里程的中樁坐標和征地線坐標，利用動態RTK技術進行放樣，這樣能夠有效的控制采集的范圍和點位的密度。

2）數據采集要根據線路施工范圍內的地形變化進行，地形起伏變化較大的位置要進行加密斷面采集（一般控制在10m以內），變化不大、平坦的位置可適當加大采集斷面的距離 （一般控制在20m以內），地形陡坎處則上下都要采集。

3）數據采集是要對采集點進行編號，不同的流動站要用不同的編號。數據采集完成后利用軟件導出為.csv格式文件（excel可進行編輯）。

5　數據導入

5.1修改數據格式

打開excel對采集數據進行編輯，運用CONCATENATE（）公式將名稱、X、Y、H合并為一個單元格數據，CONCATENATE（名稱，"，，"，X，"，"，Y，"，"，H），公式中的逗號、雙引號為英文狀態下格式，公式中名稱后雙引號中間的兩個逗號間為一個空格，合并后數據見表1：

表1　數據格式

5.2修改數據文件格式

1）新建一個.txt格式文件，將excel中合并后的數據選擇、復制、粘貼到新建的.txt格式文件中，并保存。

2）將這個.txt格式文件的后綴名稱改為.dat后綴格式文件。

6　南方CASS中數據處理

6.1等高線生成

1）打開CASS軟件，點擊“繪圖處理菜單/展高程點”命令，選擇.dat后綴格式文件，這樣采集的數據點就可以展到CASS軟件中了。

2）點擊“等高線/建立DTM”命令，將數據點生層三角網，生成后要對三角網數據進行檢查，數據無誤后可進行下一步。

3）再點擊“等高線/生成等高線”命令，就可以生成采集點的原地面等高線了。

6.2線路中線生成

將計算好的中線平面坐標數據用CONCATEN ATE（）公式合并，在CASS中用工具菜單下畫復合線命令將中線數據展到圖中。

6.3里程文件生成

1）點擊菜單“工程應用/生成里程/縱斷面線生成/新建”命令，選擇圖中用復合線命令生成的線路中線，選擇復合線后。

中樁點獲取方式：選擇等分且處理節點；橫斷面間距：兩個斷面之間的距離，要根據地形變化的程度來控制橫斷面間距的大小，平坦處可以為20m，高差起伏較大時可以為10m。

橫斷面左邊、右邊長度：此值為線路中線左邊路基的邊界（一般考慮所計算路基區間最大邊界值）。

3）設置完成后再次點擊“縱斷面線生成/生成”命令。

高程點數據文件名：選擇.dat后綴格式文件；生成的里程文件名：選擇里程文件的保存的位置和設置里程文件名稱，里程文件為.hdm格式；斷面線插值間距：此值根據現場采集數據橫向的密度決定，一般設置為5m；設置完成后點擊確定即可生成里程文件。

6.4生成土方斷面

1）生成里程文件后即可進行斷2）點擊“工程應用”下斷面法土方計算中道路設計參數文件，在彈出的對話框中輸入道路的各種參數，中樁高程、坡度、寬度等，然后保存。

面法土方的計算，土方計算之前要先錄入道路參數。

圖1　里程文件工具欄

3）點擊“工程應用/斷面法土方計算/道路斷面”在選擇里程文件一欄中選擇生成的.hdm格式里程文件，橫斷面設計文件一欄中選擇保存的道路參數文件。中樁高程、路寬等參數輸入與設計高程相近的任意值即可，軟件會自動引用道路設計參數文件中錄入的數值。輸入完成后點擊確定即可，如圖1所示，斷面圖比例等可以根據需要調整，點擊斷面圖位置，在圖上選擇生成的斷面在圖中的坐標位置，點擊確定即可生成斷面圖，如圖2所示。

圖2　斷面圖

7　結束語

利用RTK技術和南方CASS軟件測量和計算路基土方工程量方法的已經在多個項目中實踐檢驗通過，它充分發揮了GPS測量設備和計算機軟件的優點，大大地縮短了土方測量的周期，減輕了土方測量的工作強度，減少了土方測量的人力投入。

［1］TB10054—2010，鐵路工程衛星定位測量規范［S］.中華人民共和國行業標準，2010，（8）：1.

［2］倪曉東，南方地形地籍成圖軟件 CASS9.2參考手冊［M］.廣東南方數碼科技有限公司，2014（2）.

［3］CH/T 2009-201全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范［S］.中華人民共和國測繪行業標準，2010.5.1.

［4］顧冠永，GPS動態RTK測量技術的應用與體會［J］.中國西部科技，2009（10）.

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