利用RTK技術(shù)和南方CASS軟件測(cè)量和計(jì)算路基土方工程量方法的解析

盧耀方

（中鐵二十一局集團(tuán)第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

利用RTK技術(shù)和南方CASS軟件測(cè)量和計(jì)算路基土方工程量方法的解析

盧耀方

（中鐵二十一局集團(tuán)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(fā)展，工程建設(shè)的周期進(jìn)一步壓縮，工程施工快速準(zhǔn)備、快速進(jìn)場(chǎng)、快速施工、快速完成已經(jīng)是當(dāng)下工程建設(shè)的不二法門。在鐵路、公路等工程建設(shè)中，路基土方工程一直是非常重要的施工內(nèi)容，它往往是整個(gè)工程區(qū)段最長(zhǎng)、工程量最大，也往往是產(chǎn)生最大效益的施工內(nèi)容。路基土方工程量的確定是極其重要的，只有準(zhǔn)確的測(cè)定實(shí)際的土方工程量多少，才能把握對(duì)上或是對(duì)下驗(yàn)工計(jì)價(jià)的依據(jù)，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(cè)量工作帶較大的困難，傳統(tǒng)的土方測(cè)量方法為利用水準(zhǔn)儀或全站儀等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量記錄高差，內(nèi)業(yè)手工畫圖蓋帽，統(tǒng)計(jì)土方量，外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作量巨大，測(cè)量周期長(zhǎng)。為利用GPS動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)，結(jié)合南方CASS軟件對(duì)路基土方外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)計(jì)算等方面進(jìn)行了改進(jìn)，大大減輕了土方外業(yè)測(cè)量的強(qiáng)度和簡(jiǎn)化了內(nèi)業(yè)畫圖計(jì)算的工作量。

RTK技術(shù)；南方CASS；土方測(cè)量；改進(jìn)；實(shí)踐

在鐵路、公路工程等路基施工測(cè)量工作中，土方斷面測(cè)量工作是外業(yè)工作量和內(nèi)業(yè)畫圖計(jì)算量很大的一項(xiàng)工作，它的進(jìn)度直接影響工程的開(kāi)工時(shí)間。傳統(tǒng)的土方測(cè)量方法在路基區(qū)間長(zhǎng)、工程量巨大、地形變化復(fù)雜、地面附著物較多的情況下已經(jīng)不能滿足施工的需求，隨著GPS動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件的快速發(fā)展，為土方測(cè)量工作帶來(lái)更多的選擇和新的方法。

以TrimbleGPS設(shè)備為實(shí)踐，從儀器設(shè)備的架設(shè)、控制點(diǎn)校正、地面數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、處理、斷面生成等方面進(jìn)行了實(shí)踐和研究。

1　傳統(tǒng)土方測(cè)量方法和新方法的比較

傳統(tǒng)的土方外業(yè)測(cè)量方法是用全站儀或是水準(zhǔn)儀測(cè)量原地面的高差，一臺(tái)全站儀或是水準(zhǔn)儀要配備1名司鏡人員，1名記錄員、最少兩個(gè)跑棱鏡人員，受地形的限制，全站儀往往不能通視，需要經(jīng)常地調(diào)整儀器的架設(shè)位置，浪費(fèi)了大量的時(shí)間；現(xiàn)場(chǎng)人工記錄數(shù)據(jù)也容易出現(xiàn)錯(cuò)誤；內(nèi)業(yè)畫圖時(shí)需要把每一個(gè)斷面的高差數(shù)據(jù)輸入到CAD中，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)斷面的帶帽，查詢和統(tǒng)計(jì)每個(gè)斷面的面積，工作量非常大。

新的土方外業(yè)測(cè)量方法是利用動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)采集原地面數(shù)據(jù)，基站架設(shè)和控制點(diǎn)校正完成后即可進(jìn)行采集，設(shè)備足夠多的情況下可以幾個(gè)人同時(shí)采集，人員不足時(shí)1個(gè)人也可以完成作業(yè)，不收地形和通視條件的限制，采集距離可達(dá)10km，手簿自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，減少了工作量且不會(huì)出錯(cuò)；內(nèi)業(yè)由南方CASS軟件自動(dòng)生成斷面和匯總土方量，快速、準(zhǔn)確、出圖和輸出方便，可以節(jié)約大量的人力、物力。

2　動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)

RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不足一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果

3　Cass軟件

CASS地形地藉成圖軟件是基于AutoCAD平臺(tái)技術(shù)的數(shù)字化測(cè)繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于地形成圖、地藉成圖、工程測(cè)量應(yīng)用三大領(lǐng)域，且全面面向GIS，徹底打通數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GIS接口，使用骨架線實(shí)時(shí)編輯、簡(jiǎn)碼用戶化、GIS無(wú)縫接口等先進(jìn)技術(shù)。

4　數(shù)據(jù)采集

4.1儀器設(shè)備校正

將GPS基站架設(shè)到待測(cè)路基區(qū)間的大致中間位置，選取地勢(shì)較高處，連接好基站和流動(dòng)站后進(jìn)行控制點(diǎn)的校正，選取經(jīng)過(guò)復(fù)測(cè)無(wú)誤得控制點(diǎn)，水平控制點(diǎn)不能少于4個(gè)，高程控制點(diǎn)不少于3個(gè)。校正滿足限差要求后即可進(jìn)行原地面數(shù)據(jù)的采集。

4.2原地面數(shù)據(jù)采集

1）首先要根據(jù)設(shè)計(jì)的曲線要素、中樁坐標(biāo)等資料計(jì)算出設(shè)計(jì)土方斷面里程的中樁坐標(biāo)和征地線坐標(biāo)，利用動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)進(jìn)行放樣，這樣能夠有效的控制采集的范圍和點(diǎn)位的密度。

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

3）數(shù)據(jù)采集是要對(duì)采集點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，不同的流動(dòng)站要用不同的編號(hào)。數(shù)據(jù)采集完成后利用軟件導(dǎo)出為.csv格式文件（excel可進(jìn)行編輯）。

5　數(shù)據(jù)導(dǎo)入

5.1修改數(shù)據(jù)格式

打開(kāi)excel對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，運(yùn)用CONCATENATE（）公式將名稱、X、Y、H合并為一個(gè)單元格數(shù)據(jù)，CONCATENATE（名稱，"，，"，X，"，"，Y，"，"，H），公式中的逗號(hào)、雙引號(hào)為英文狀態(tài)下格式，公式中名稱后雙引號(hào)中間的兩個(gè)逗號(hào)間為一個(gè)空格，合并后數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：

表1　數(shù)據(jù)格式

5.2修改數(shù)據(jù)文件格式

1）新建一個(gè).txt格式文件，將excel中合并后的數(shù)據(jù)選擇、復(fù)制、粘貼到新建的.txt格式文件中，并保存。

2）將這個(gè).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(shù)據(jù)處理

6.1等高線生成

1）打開(kāi)CASS軟件，點(diǎn)擊“繪圖處理菜單/展高程點(diǎn)”命令，選擇.dat后綴格式文件，這樣采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)就可以展到CASS軟件中了。

2）點(diǎn)擊“等高線/建立DTM”命令，將數(shù)據(jù)點(diǎn)生層三角網(wǎng)，生成后要對(duì)三角網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，數(shù)據(jù)無(wú)誤后可進(jìn)行下一步。

3）再點(diǎn)擊“等高線/生成等高線”命令，就可以生成采集點(diǎn)的原地面等高線了。

6.2線路中線生成

將計(jì)算好的中線平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)用CONCATEN ATE（）公式合并，在CASS中用工具菜單下畫復(fù)合線命令將中線數(shù)據(jù)展到圖中。

6.3里程文件生成

1）點(diǎn)擊菜單“工程應(yīng)用/生成里程/縱斷面線生成/新建”命令，選擇圖中用復(fù)合線命令生成的線路中線，選擇復(fù)合線后。

中樁點(diǎn)獲取方式：選擇等分且處理節(jié)點(diǎn)；橫斷面間距：兩個(gè)斷面之間的距離，要根據(jù)地形變化的程度來(lái)控制橫斷面間距的大小，平坦處可以為20m，高差起伏較大時(shí)可以為10m。

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

3）設(shè)置完成后再次點(diǎn)擊“縱斷面線生成/生成”命令。

高程點(diǎn)數(shù)據(jù)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(shè)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)橫向的密度決定，一般設(shè)置為5m；設(shè)置完成后點(diǎn)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(jìn)行斷2）點(diǎn)擊“工程應(yīng)用”下斷面法土方計(jì)算中道路設(shè)計(jì)參數(shù)文件，在彈出的對(duì)話框中輸入道路的各種參數(shù)，中樁高程、坡度、寬度等，然后保存。

面法土方的計(jì)算，土方計(jì)算之前要先錄入道路參數(shù)。

圖1　里程文件工具欄

3）點(diǎn)擊“工程應(yīng)用/斷面法土方計(jì)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(shè)計(jì)文件一欄中選擇保存的道路參數(shù)文件。中樁高程、路寬等參數(shù)輸入與設(shè)計(jì)高程相近的任意值即可，軟件會(huì)自動(dòng)引用道路設(shè)計(jì)參數(shù)文件中錄入的數(shù)值。輸入完成后點(diǎn)擊確定即可，如圖1所示，斷面圖比例等可以根據(jù)需要調(diào)整，點(diǎn)擊斷面圖位置，在圖上選擇生成的斷面在圖中的坐標(biāo)位置，點(diǎn)擊確定即可生成斷面圖，如圖2所示。

圖2　斷面圖

7　結(jié)束語(yǔ)

利用RTK技術(shù)和南方CASS軟件測(cè)量和計(jì)算路基土方工程量方法的已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中實(shí)踐檢驗(yàn)通過(guò)，它充分發(fā)揮了GPS測(cè)量設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)點(diǎn)，大大地縮短了土方測(cè)量的周期，減輕了土方測(cè)量的工作強(qiáng)度，減少了土方測(cè)量的人力投入。

［1］TB10054—2010，鐵路工程衛(wèi)星定位測(cè)量規(guī)范［S］.中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2010，（8）：1.

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

［3］CH/T 2009-201全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范［S］.中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2010.5.1.

［4］顧冠永，GPS動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用與體會(huì)［J］.中國(guó)西部科技，2009（10）.

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