GNSS技術在工程放樣中的應用研究

錢躍磊，關小果，李 陽

(許昌學院 城市與環境學院，河南 許昌 461000)

工程建設都需要將設計圖上的相應地物在實地標定出來，并達到一定精度，以供施工.地面點位的放樣方法是利用全站儀進行坐標放樣，將全站儀架設在某已知控制點上，后視另一已知控制點，將待放樣點坐標輸入全站儀，全站儀自動計算出放樣數據，根據放樣數據完成點位的放樣.這種方法能夠減少人為計算數據、提高放樣效率，但受到觀測者讀數能力、操作水平、天氣等因素影響[1]，同時放樣速度較慢、易被遮擋、效率更低[2].而GNSS技術不需要通視，操作簡單，因此利用GNSS技術對工程施工放樣進行研究，具有重要的現實意義.

1 景觀工程放樣方法研究

1.1 全站儀施工放樣方法

全站儀施工放樣是利用全站儀極坐標放樣方法技術，通過輸入測站坐標和后視點坐標，由儀器自動計算出放樣數據，然后測量人員在施工現場完成放樣工作[3].操作過程如下：

1.1.1 施工控制網布設

施工控制網是專門為工程施工放樣所布設的控制網.建立施工控制網可以將施工區域納入統一的坐標系統中，為測區各項測量工作提供位置基準，便于后續進行施工放樣[4].控制網布設主要包括以下幾個步驟：

(1)踏勘選點.項目區域確定后，需要對測區進行踏勘，了解測區地物分布及地形情況，然后依據測區周邊已知控制點和測區概況進行控制點的選點.選點時要注意點與點之間通視、便于架設儀器觀測和便于保存等事項.

(2)外業觀測.控制點選完以后，按照一定的精度要求，利用全站儀對所選的點進行外業觀測，觀測數據主要包括水平距離和水平角度，采用的觀測方法為測回法.

(3)內業計算.外業數據觀測完成后，按照控制測量內業計算流程，對外業觀測的數據進行逐項計算，計算完成后可得到所有控制點的平面坐標.

1.1.2 細部點放樣

控制網完成后，就可以利用控制點坐標進行細部點的施工放樣工作.放樣步驟如下：

(1)架設測站點.將全站儀架設在某個控制點上面，進行對中整平，輸入測站點點號和坐標數據等內容，完成測站點的設置.

(2)后視定向.將棱鏡架設在另一個控制點上，對中整平.全站儀進入后視步驟，輸入后視點坐標，儀器自動計算出方位角，此時精確照準后視點，完成后視定向.

(3)放樣點設置.全站儀進入放樣點輸入界面，輸入待放樣點坐標，儀器自動計算出測站點和放樣點間的相對位置數據，即角度和距離，最后依據全站儀找到相應位置，完成放樣.

1.2 GNSS-RTK施工放樣

GNSS-RTK施工放樣是利用GNSS接收機，通過接受衛星信號和輸入儀器的待放樣點數據，自動計算出待放樣點和目前接收機位置的距離和方向，進而完成放樣.

1.2.1 接收機組成

(1)天線.在測量工作里面，接收機天線大致分為兩類，一個是接收天線，另一個是發射天線.基準站的天線主要是發射信號，流動站的天線主要是接收信號.

(2)主機.主機部分的核心是由GNSS主板、電臺板、CF卡槽和電池倉組成.目前接收機中各種模塊可以集中在一張板卡上，使得接收機逐漸向高精度、小型化和智能化發展[5].

(3)電源.在RTK系統里面電源分內置電源和外接電源兩部分.內置電源是裝在GNSS接收機里的鋰離子電池，只適合短時間測量工作.外接電源一般為蓄電池，可用于外掛電臺模式或者長時間測量的供電工作.

1.2.2 GNSS-RTK施工放樣過程

(1)基準站架設.將GNSS接收機架設在一空曠地方，對中整平，開機，看屏幕左下角的顯示模式.如為“基站模式”，靜等5 s后自動進入基站狀態，否則在工作模式菜單中改為“基站模式”.然后設置數據鏈和通道，當屏幕上PDOP值小于3時，啟動基準站.

(2)移動站設置.移動站開機，看屏幕右下角顯示的是什么模式.如為“移動站模式”，靜等5 s后會自動進入移動站狀態;如為其他模式，將其改為“移動站模式”.然后設置數據鏈和通道參數，設置值與基準站一樣即可.

(3)點校正.選取兩個已知控制點，用GNSS-RTK測出來其GNSS坐標，然后利用已知的當地控制點坐標，計算出轉換參數并進行應用，完成點校正.

(4)點放樣.在接收機中輸入點放樣數據，儀器自動計算出放樣點相當于目前接收機的位置，根據提示到達指定點即可.

1.3 全站儀施工放樣與GNSS-RTK施工放樣方法比較

比較分析結果如表1所示.可以看出，這兩種放樣方法各有特點，其中GNSS-RTK放樣在操作過程、勞動強度和作業時間方面有很大優勢，但精度不太高，因此有必要對其放樣精度進行重點研究.

表1 全站儀放樣與GNSS-RTK放樣對比

2 GNSS-RTK進行工程放樣精度研究

2.1 研究思路

利用南方CASS軟件設計一固定地物，并獲取此地物拐點的坐標作為設計坐標；然后利用RTK接收機對地物拐點進行實地測設，在相應位置上做固定標記.為檢驗其測設精度，利用電子全站儀對標記出的點位再次進行精密導線測量，數據處理后與設計坐標進行對比，最終評定RTK測設精度.

2.2 測區選擇

為更加接近工程實際，實驗測區選在一景觀工程場地.在測區附近有已知的控制點標志和數據，依據此控制點的數據，設計一固定地物，其設計數據如表2所示.

表2 測設數據表

2.3 GNSS-RTK進行點位測設與精度分析

首先利用GNSS-RTK對表2中的坐標數據進行點位放樣，再實地標定位置.為了檢驗其測設精度，采用電子全站儀對測設點進行一級導線測量[6]，經數據處理后即可得出相應測設點的平面坐標.然后將此坐標和設計坐標進行比較，結果如表3所示.由此可以看出，兩者之差值，X相差最大為11 mm，Y相差最大為8 mm，此精度可以滿足厘米級工程放樣的精度要求[7].

表3 坐標對比表

3 應用實例

3.1 項目簡介

項目位于許昌市西湖公園北面，長約380 m，平均寬度40 m.紅線用地面積15 828 m2，其中水域面積6 030 m2.該項目是對原有河道進行改造，整體提升北護城河景觀.根據設計圖及設計坐標進行施工放樣，將規劃中重要地物的實地位置標定出來，為后續施工提供參考.根據現場踏勘，該地區河道東西兩側附近各有一個控制點，其中文化路與建安大道交叉口有ZB4(3767732.244,483244.757)，勞動路與建安大道交叉口有ZB5(3767724.595,482824.849).

3.2 準備工作

(1)儀器工具選擇.使用的儀器包括2臺GNSS接收機、1個三腳架、1個簡易對中桿、1個測量手簿、1把鋼卷尺、木樁和噴漆若干.

(2)數據準備.為了提高效率，在正式實地放樣前，需要把相關數據傳入設備中.具體過程如下：首先建一個dat格式的文本文件，命名為“景觀改造數據”.然后將放樣點的坐標復制到該文本文件中，每一個坐標占一行，具體格式為“點名，，Y,X”.最后通過數據線，將該文本文件復制到測量手簿Storage Card/EGJobs路徑下的文件夾中.

3.3 GNSS進行景觀工程施工放樣

(1)儀器架設與設置.通過勘察，將基準站架設在河道東側清虛橋附近的空曠場地，架好基站后，用手薄藍牙連接模式連接基準站并設置接收機為基準站模式，內置電臺通道設為11，當接受衛星信號穩定后，啟動基準站，然后斷開手薄與基準站的連接并連接移動站接收機，電臺通道設為11.

(2)點校正.設置好移動站后，在測量模塊下的控點庫功能里輸入控制點坐標ZB4(3767732.244,483244.757)和ZB5(3767724.595,482824.849).把移動站放到文化路與建安大道交叉口的ZB4處，調整對中桿對中狀態，當氣泡居中并且接收機差分信號為固定解時，測量該點坐標，命名為ZB4-1后存儲.然后按照同樣方法測量勞動路與建安大道交叉口的ZB5點，命名為ZB5-1后存儲.最后進行參數轉換，在參數轉換界面，選取ZB4控制坐標，下面輸入剛才測量的對應點坐標(ZB4-1)，形成一組數據.同理完成另外一組數據輸入，點擊“轉換參數”按鈕，并應用參數模型.由于工程只需要進行平面位置的點位放樣，采用河道東西兩側的兩個控制點完成點的校正[8].

(3)復測檢驗.為檢驗點校正的精度，對已知點ZB4進行復測檢驗，復測結果與原有數據最大差值為5 mm，滿足放樣精度要求.

(4)工程放樣.首先打開接收機手簿里的工程放樣軟件，先新建工程，確定工程名稱.點擊進入坐標管理庫，單擊此界面中“文件”按鈕，選中“導入”選項，并選擇合適的文件類型,打開手薄上存儲的工程測設坐標文件，將測設數據導入工程中.然后，打開測量軟件測量模塊下的“點放樣”功能界面，選擇1號點放樣，根據手薄上的提示，移動接收機到指定位置，當接收機發出蜂鳴時，即為放樣就成功，此時對中桿下部所對位置即為放樣點，定下木樁，完成放樣工作.最后按照以上方法逐個放樣其他點.

4 結語

在各種工程建設過程中，都需要進行相關工程施工的放樣工作，傳統方式是利用鋼尺或者全站儀，而且需要點與點之間通視，雖然較高精度，但是效率不高.GNSS-RTK技術為各種工程施工放樣提供了新方法，該方法不需要通視，操作方便、勞動強度小，能全天24小時進行作業，而且能達到一定精度，提高工作效率，可為相關工程施工放樣提供參考.