基于CORS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的地形測(cè)量研究

向松林+駱喜

摘 要：該文以城市道路勘測(cè)為研究背景，探討了CORS技術(shù)在帶狀地形測(cè)量中的應(yīng)用思路，論文首先分析了道路勘測(cè)的主要內(nèi)容，進(jìn)而詳細(xì)研究了外業(yè)施測(cè)的內(nèi)容，包括繪制大比例尺帶狀地形圖、道路中線測(cè)設(shè)和道路縱橫斷面測(cè)量3個(gè)方面，最后探討了觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析思路，證明了CORS測(cè)量滿足道路工程測(cè)量的要求。

關(guān)鍵詞：CORS 道路 工程測(cè)量 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（b）-0004-02

傳統(tǒng)的公路勘測(cè)工作辛苦且繁瑣，存在著勘測(cè)周期長(zhǎng)、工作效率低等諸多問(wèn)題。從經(jīng)緯儀的偏角法，全站儀的極坐標(biāo)法，設(shè)置基站并采用電臺(tái)通訊的常規(guī)RTK測(cè)量到目前基于CORS的網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)放樣，最大限度地減輕公路勘測(cè)工作量、提高公路勘測(cè)效率和勘測(cè)精度，一直是公路勘測(cè)工作者孜孜以求的目標(biāo)。CORS應(yīng)用于道路工程測(cè)量，主要包括采用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行帶狀地形圖的繪制，道路中線的測(cè)設(shè)，道路縱、橫斷面圖測(cè)量等。在此次試驗(yàn)中由于時(shí)間有限，沒(méi)有對(duì)道路工程的整個(gè)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)，重點(diǎn)介紹了道路中線的定線測(cè)量和道路的縱橫斷面測(cè)量的過(guò)程、數(shù)據(jù)的處理并進(jìn)行了精度分析。

1 工程概況

某道路工程總長(zhǎng)1 460 m，測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，交通方便，但沿途建筑物較密集，車流量較大，通視條件不好。采用常規(guī)方法測(cè)量工作任務(wù)重、效率低?？紤]用CORS下的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行此次道路定線測(cè)量、縱斷面測(cè)量、施工控制點(diǎn)測(cè)量等測(cè)量工作。

2 測(cè)量?jī)?nèi)容

2.1 繪制大比例尺帶狀地形圖

GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)打破了常規(guī)RTK中流動(dòng)站和參考站距離較近的限制，增大了流動(dòng)站與參考站的作業(yè)距離。用戶作業(yè)范圍可由最多20 km擴(kuò)大到50～70 km甚至更遠(yuǎn)。并且能夠完全保證精度。利用CORS下網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行測(cè)圖，真正意義上改變了傳統(tǒng)的先控制后碎部的測(cè)圖模式。這種作業(yè)模式是利用幾個(gè)永久性的參考站同時(shí)向流動(dòng)站發(fā)送差分信息，極大地提高了流動(dòng)站點(diǎn)位精度。理論上整網(wǎng)范圍內(nèi)的流動(dòng)站點(diǎn)位精度是相同的，與此同時(shí)差分服務(wù)范圍擴(kuò)展到網(wǎng)外60 km。在一些舊路改造工程中，在精度要求允許的情況下可以將GNSS天線和數(shù)據(jù)電臺(tái)天線固定在機(jī)動(dòng)車上，只需機(jī)動(dòng)車沿著原有道路連續(xù)地行走即可完成測(cè)量工作，這樣大大地提高測(cè)量速度，減輕外業(yè)測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2 道路中線測(cè)設(shè)

在完成道路線形圖上定線后，需將道路中線在地面標(biāo)定出來(lái)。傳統(tǒng)的放樣方法是根據(jù)道路的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出中樁的樁號(hào)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)（一般每隔20 m或50 m及其倍數(shù)設(shè)立一個(gè)整樁，在地形變坡地、曲線的主點(diǎn)處、土質(zhì)變化及地質(zhì)不良地段與己有建筑物、構(gòu)筑物相交的地方設(shè)立加樁），然后將全站儀安置在控制點(diǎn)上進(jìn)行放樣。這種放樣方法需要控制點(diǎn)與放樣點(diǎn)之間通視，放樣點(diǎn)的誤差不均勻。采用CORS下網(wǎng)絡(luò)RTK放樣，只需將中線樁點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GNSS手簿中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。因此運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK放樣真正實(shí)現(xiàn)了單機(jī)作業(yè)，測(cè)量員只要手持GNSS接受機(jī)就可獨(dú)立完成道路中樁測(cè)設(shè)。

2.3 道路縱橫斷面測(cè)量

道路中線測(cè)量完成以后，還必須進(jìn)行道路縱、橫斷面測(cè)量?？v斷面測(cè)量是測(cè)定各中樁地面高程并繪制道路縱斷面圖，用于路線的縱坡設(shè)計(jì)；橫斷面測(cè)量是測(cè)定各中樁處垂直于中線的地形起伏狀態(tài)并繪制橫斷面圖，用于路基設(shè)計(jì)、土石方計(jì)算和施工時(shí)的邊樁放樣。采用CORS下的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，道路中線確定后，根據(jù)采集的中線樁點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)繪圖軟件便可繪出道路縱橫斷面圖。加拿大魁北克省交通廳用特制的汽車實(shí)施GNSSRTK動(dòng)態(tài)測(cè)量繪制高速公路斷面，獲得良好效果，與傳統(tǒng)方法相比，在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用各方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 外業(yè)施測(cè)

在施測(cè)前制定了測(cè)量方案，包括依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指出作業(yè)方法和技術(shù)要求、保證質(zhì)量的主要措施和要求等，投入儀器設(shè)備：trimble 5800雙頻接收機(jī)1臺(tái)，徠卡全站儀（5"）1臺(tái)，DS3水準(zhǔn)儀1臺(tái)，完成了以下具體測(cè)量任務(wù)。

（1）道路中線測(cè)設(shè)：根據(jù)道路現(xiàn)狀邊線進(jìn)行內(nèi)業(yè)解算道路中線樁號(hào)和中樁坐標(biāo)，每隔20 m解算一個(gè)中樁，在單位門口，地形變坡地，有道路相交的地方進(jìn)行加樁。利用網(wǎng)絡(luò)RTK的放樣功能將上述解算的點(diǎn)放于實(shí)地，用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)回采，差值均在±5 cm內(nèi)。

（2）縱斷面測(cè)量：是在中線測(cè)設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。以測(cè)區(qū)附近已有四等水準(zhǔn)點(diǎn)為高程起算點(diǎn)，按照?qǐng)D根水準(zhǔn)的精度要求（附合線路閉合差 ≤30（mm），L為附合路線長(zhǎng)度（km），沿中樁逐樁布設(shè)為附合水準(zhǔn)路線經(jīng)過(guò)平差計(jì)算后得出施測(cè)樁位的地面高程。測(cè)量完畢將同一個(gè)中樁點(diǎn)的水準(zhǔn)高程和RTK采集高程作比較，差值均在±4 cm內(nèi)。差值大的應(yīng)分析原因，防止粗差的出現(xiàn)。

（3）施工控制點(diǎn)測(cè)量：利用RTK的數(shù)據(jù)采集功能，在相交道路口施工范圍外選擇了4個(gè)施工控制點(diǎn)。施工控制點(diǎn)采用三腳架方式獨(dú)立測(cè)量?jī)蓽y(cè)回取平均值，每次觀測(cè)歷元數(shù)不應(yīng)少于30個(gè)，兩次測(cè)量平面坐標(biāo)分量差值不應(yīng)大于±2 cm，如果超限應(yīng)重新測(cè)量。測(cè)量完畢應(yīng)用全站儀對(duì)控制點(diǎn)距離進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/4 000。

4 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

觀測(cè)完成后，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行以下3項(xiàng)的對(duì)比。

（1）通過(guò)表1可以看出：用RJK放樣中樁后用全站儀回采縱坐標(biāo)差值最大值為0.020 m，橫坐標(biāo)差值最大值為0.012 m，點(diǎn)位誤差最大值出現(xiàn)在樁號(hào)為k0+22處，最大誤差為 ，滿足點(diǎn)位誤差值均在±5 cm內(nèi)的要求。

（2）通過(guò)表2可以看出：測(cè)設(shè)完中樁，通過(guò)RTK回采中樁高程與經(jīng)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)平差計(jì)算后出的高程比較，高程差值最大值出現(xiàn)在樁號(hào)為k0+380處，最大值為-0.025 m，滿足差值均在±4 cm內(nèi)的要求。在該次試驗(yàn)中RTK高程測(cè)量的高精度取決于該市似大地水準(zhǔn)面模型的建立。

（3）用RTK對(duì)施工控制點(diǎn)獨(dú)立測(cè)量?jī)蓽y(cè)回后，兩次觀測(cè)值差值最大值出現(xiàn)在T1處，最大值為 mm，滿足兩次測(cè)量平面坐標(biāo)分量差值均不應(yīng)大于±2 cm的要求。對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)取其平均值后，通過(guò)坐標(biāo)反算計(jì)算出T1～T2、T3～T4的距離，隨后用全站儀對(duì)控制點(diǎn)距離進(jìn)行檢測(cè)，相對(duì)誤差最大值出現(xiàn)在邊T3～T4處，最大值為1/30 854，相對(duì)誤差均滿足不應(yīng)大于1/4 000的要求。

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