基于GPS-RTK與全站儀的城市道路改擴(kuò)建測量方案設(shè)計與實施

付明亮

(中土大地國際建筑設(shè)計有限公司上海分公司，上海 201315)

隨著RTK技術(shù)的發(fā)展，在各種測繪生產(chǎn)活動中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在控制測量、地形測量、放樣、界線測繪等領(lǐng)域，極大地提高了生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)測繪工具相比，RTK技術(shù)具有快速、靈活、省力、定位精度高，不受通視條件、空間距離等影響[1-3]。但因其對衛(wèi)星信號的依賴度較高，在一些信號較弱或無法接收信號的區(qū)域使用受限，適時地輔以全站儀[4-5]等傳統(tǒng)測繪工具，將會極大地提高生產(chǎn)效率[6]。

1 基于GPS-RTK與全站儀的測量方案設(shè)計

擬改建南蘆公路為一級公路，紅線寬度45 m，兩側(cè)各設(shè)有規(guī)劃綠帶20 m。本次工程擬根據(jù)規(guī)劃紅線按照雙向6快2慢一次實施，工程北起滬南公路，南至新四平公路，道路全長約7.5 km。

根據(jù)《國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013年-2030年)》，國道228規(guī)劃為普通國道，從遼寧丹東出發(fā)，一路沿東部海岸線前行，將東部沿海城市串聯(lián)起來，進(jìn)入廣西東興，是規(guī)劃47條北南縱線之一[7]。根據(jù)《上海市國省干道布局規(guī)劃(2011—2020)》，其中南蘆公路段是丹東-東興縱線在上海市域內(nèi)的走行路徑[8]。

測區(qū)位于上海市東南部，是上海市區(qū)緊依的中心區(qū)重要節(jié)點城鎮(zhèn)，有先進(jìn)的國際物流港口、航空運輸、鐵路軌道運輸、城際高速路等水、陸、空三位一體的交通體系。起點位于滬南公路，終點到新四平公路，途經(jīng)32條道路及8條河道，其中包括大治河、一灶港、二灶港等市(區(qū))級河道；測區(qū)范圍地勢比較平坦，無丘陵和山地，有少量居民區(qū)和綠化林地，大部分為耕地和低矮果林地帶。且上海市已建城市坐標(biāo)系和上海SHCORS系統(tǒng)，故本次平面坐標(biāo)系采用上海市城建坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用長江流域吳淞高程系。此外，還有測區(qū)附近的城市二級加密控制點及2014年底更新的1:1 000地形圖等資料。針對測區(qū)的具體情況選用GPS-RTK與全站儀等測繪技術(shù)進(jìn)行測量方案設(shè)計。

1.1 控制測量方案設(shè)計

(1)平面控制測量

測區(qū)范圍地勢平坦，大部分為耕地及低矮果林地，交通方便，且無強(qiáng)無線電信號源干擾，具有較好的GPS信號接收能力和開闊的視野，故平面控制測量采用GPS按E級GPS控制網(wǎng)形式一次布網(wǎng)?？紤]到全站儀測量時加密的使用，共布設(shè)平面控制點30個，分別按T101、T102……Tn進(jìn)行編號。相鄰控制點最小間距137 m，分別是T115和T116控制點,最大間距點為409 m，為T103、T104控制點,相鄰點間平均距離285 m，且聯(lián)測測區(qū)附近已有的4個上海城市二級加密控制點，每組點按不低于1.6個時段進(jìn)行觀測。 GPS網(wǎng)的主要技術(shù)要求按GBT 18314-2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范執(zhí)行，見表1。

表1 GPS測量主要技術(shù)指標(biāo)表

注：當(dāng)邊長小于200 m時，邊長中誤差應(yīng)小于20 mm

(2)高程控制測量

高程控制網(wǎng)以GPS控制點為基礎(chǔ)，增加11個高程點組網(wǎng)布設(shè)，以測區(qū)附近2016年吳淞高程水準(zhǔn)成果為起算點，采用四等水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行觀測，觀測結(jié)束后，及時對觀測成果進(jìn)行認(rèn)真檢查，各項技術(shù)指標(biāo)符合限差后，方能進(jìn)行平差計算。主要技術(shù)指標(biāo)如表2。

表2 四等高程測量主要技術(shù)指標(biāo)表/mm

注：①K為測段、區(qū)段或路線長度，L為附合路線長度或環(huán)線長度，R為檢測段長度，均以km計；②檢測已測測段高差之差的限差，對單程及往返檢測均適用；檢測測段長度小于1時，按1 km計

1.2 碎部測量方案設(shè)計

1.2.1 1:500帶狀地形測量

(1)測圖前的準(zhǔn)備

測圖前應(yīng)檢查和校正儀器，使之滿足《城市測量規(guī)范》第4.3.4條之要求。

(2)測繪方法及要求

地形測繪可采用GPS-RTK、全站儀配合CASS數(shù)字化地籍地形成圖系統(tǒng)進(jìn)行全野外數(shù)據(jù)采集，室內(nèi)計算機(jī)上制圖。

①采用繪草圖的數(shù)字化成圖系統(tǒng)，應(yīng)在采集數(shù)據(jù)的現(xiàn)場，實時繪制測站草圖。

②在滿足GPS使用信號時，道路、河流、植被等特征點線數(shù)據(jù)可采用GPS-RTK進(jìn)行采集；居民地及各類建構(gòu)筑物細(xì)部點數(shù)據(jù)，可利用全站儀采用極坐標(biāo)法或方向交會法進(jìn)行采集；在密集建筑物內(nèi)部設(shè)站困難時，可采用幾何作圖等綜合方法進(jìn)行。

③采用全站儀施測時，在測站上設(shè)置儀器后應(yīng)進(jìn)行下例檢查；

儀器對中誤差不得超過圖上0.05 mm；定向檢查，測繪時歸零差不應(yīng)大于4′；檢查另一控制點高程，其較差不應(yīng)大于1/5基本等高距。

以上各項檢查合格以后，方能進(jìn)行碎部點測繪。

④采集數(shù)據(jù)時，測距最大長度與高程注記點間距應(yīng)分別符合《城市測量規(guī)范》第4.5.3條與4.5.5條第一款的規(guī)定。

⑤采集的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行檢查，刪除錯誤數(shù)據(jù)，及時補(bǔ)測錯漏數(shù)據(jù)，超限的數(shù)據(jù)應(yīng)重測[9]。

⑥測區(qū)范圍：以設(shè)計道路中心線為依據(jù)，兩側(cè)不小于80 m。交叉口測量范圍自道路紅線交叉口圓角切點以外各50 m。

(3)圖幅分幅和基本等高距

分幅采用正方形(50 m×50 m)圖幅分幅，圖廓坐標(biāo)1∶500地形圖取至0.01 km，圖號注記到小數(shù)點前兩位和后兩位。圖名以西南角坐標(biāo)命名。測圖比例尺1∶500圖基本等高距為0.5 m，碎部點高程注記到0.01 m。

1.2.2 圖根控制測量

采用GPS測量方法布設(shè),必須有一個以上通視方向。

圖根點相對于圖根起算點的點位中誤差，不得大于圖上0.1 mm；高程中誤差不應(yīng)大于測圖基本等高距的1/10。

圖根點點號按小組編號順序流水號，如G1……Gn，H1……Hn，高程取位到0.001 m。

1.2.3 雨污水管道線測量

測量擬建道路范圍內(nèi)現(xiàn)有雨污水管的走向、管徑及管內(nèi)底標(biāo)高；測量與已建道路相交的道路下已建雨污水管道走向、管徑及管內(nèi)底標(biāo)高，范圍至相交道路轉(zhuǎn)彎切線外3座井。沿線及路口如有雨污水預(yù)留井，測出管道的走向、管徑及管內(nèi)底標(biāo)高。

作業(yè)方法外業(yè)采用自制T形探測桿進(jìn)行外業(yè)探測，以井座為基點，依次量取井底、管內(nèi)底標(biāo)高、井座標(biāo)高，然后根據(jù)井座高程推算井底、管底、管徑等數(shù)據(jù)。雨污水流向根據(jù)外業(yè)現(xiàn)場觀察結(jié)合井底、管底實際高程綜合判斷，井蓋位置視情況利用全站儀或者GPS-RTK測量；內(nèi)業(yè)按各管線中心坐標(biāo)進(jìn)行連線，并注明雨污水管線類別，有預(yù)留管的注明預(yù)留管內(nèi)底標(biāo)高。

1.2.4 道路斷面測量

縱斷面：采用全站儀極坐標(biāo)法按設(shè)計中心線及規(guī)劃中心線中樁測量地面高程，地形變化處加密高程點。

橫斷面：寬度以設(shè)計中心線為基準(zhǔn)，兩側(cè)各測45 m，遇河岸、出入口及地形起伏處加測橫斷面。老路基等硬化過地面精度要求相對較高，宜采用全站儀極坐標(biāo)法施測；非硬化自然地貌斷面特征點精度要求相對略低，采用GPS斷面點放樣法，可快速準(zhǔn)確的采集斷面特征點。

1.2.5 河道橫斷面測量

河道橫斷面采用華測iBoatBMI智能無人測量船進(jìn)行水底高程數(shù)據(jù)采集，GPS信號弱時采用全站儀進(jìn)行平面定位測量。

沿線每條相交河道測量3個河床斷面，分別對應(yīng)道路規(guī)劃中線及兩側(cè)紅線位置，里程樁與道路中線保持一致，河床斷面以能清楚的反映河道邊坡及河底地形變化為原則。

1.2.6 沿線交叉路口散點標(biāo)高

沿線交叉路口散點標(biāo)高以方格網(wǎng)形式測注，中心線、快、慢車道邊緣處增加標(biāo)高點。

1.2.7 現(xiàn)狀橋梁細(xì)部標(biāo)高采集

現(xiàn)狀橋梁的伸縮縫、墩柱、橋臺位、橋面標(biāo)高、橋梁底標(biāo)高、各交叉口跨線橋梁底標(biāo)高(蓋梁底標(biāo)高)，采用水準(zhǔn)測量法或者三角高程測量方法采集。

2 質(zhì)量檢查

為了保證成果質(zhì)量，依據(jù)《測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查與驗收》GB/T 24356-2009、《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》GB/T 18316-2008及《上海市測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗實施細(xì)則》等相關(guān)規(guī)范，本次測量成果依次通過了作業(yè)部門的過程檢查和單位質(zhì)量管理部門的最終檢查，具體要求如下：

(1)過程檢查采用全數(shù)檢查，既逐單位成果進(jìn)行詳查，檢查出的錯誤改正后通過復(fù)查再提交最終檢查。

(2)最終檢查采用全數(shù)檢查，涉及野外檢查項的采用抽樣檢查，樣本以外的實施內(nèi)業(yè)全數(shù)檢查。最終檢查不合格的單位成果退回處理并重新進(jìn)行最終檢查。

3 測量成果及評定

3.1 控制測量成果

本次工程控制測量共埋設(shè)平面及高程控制點41個，水準(zhǔn)引測路線22 km，部分控制測量成果見表3。

表3 部分控制測量成果表

3.2 碎部測量成果

碎部測量中，1:500數(shù)字化地形測量1.2 km2，雨污水管線測量19 km，河道斷面測量1.9 km，道路縱斷面測量7.5 km，道路橫斷面測量34 km。部分成果圖例見圖1～圖4所示。.

圖1 道路平面圖示例

圖2 雨污水平面圖示例

圖3 河道斷面圖示例

3.3 成果質(zhì)量評定

圖4 道路斷面圖示例

表3 斷面測量精度評價表

4 效益分析

道路改擴(kuò)建是城市交通類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對城市的發(fā)展有著非常積極的作用，本工程實施后，效益主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)環(huán)境效益。南蘆公路經(jīng)過宣橋、惠南等鎮(zhèn)域，是中部城鎮(zhèn)帶與北部區(qū)域(迪士尼方向)、東南區(qū)域(臨港方向)聯(lián)動的主要交通通道，南蘆公路的改擴(kuò)建，進(jìn)一步支撐區(qū)域交通功能的提升，加快集鎮(zhèn)和農(nóng)村環(huán)境整治，有利于提升政府公共服務(wù)水平，完善生活宜居功能，

(2)社會效益。在江浙滬區(qū)域內(nèi)，國道G228是長三角地區(qū)長江入?？诰哂姓巍⒔?jīng)濟(jì)、交通等意義的國家公路，作為國道G228的組成部分，南蘆公路的改擴(kuò)建，有利于增加南北向國道的輻射面，提升上海東部交通發(fā)展條件，進(jìn)而增強(qiáng)杭州灣北岸的交通服務(wù)能力，有利于提升臨港地區(qū)交通疏解能力。

(3)經(jīng)濟(jì)效益。南蘆公路的改擴(kuò)建，將主動承接周邊重點開發(fā)區(qū)域的產(chǎn)業(yè)溢出，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)承接功能；主動對接沿線迪士尼主題樂園與野生動物園等區(qū)域其它旅游景點，有利于加強(qiáng)旅游產(chǎn)品和服務(wù)配套，挖掘旅游資源和旅游節(jié)慶活動，做大做強(qiáng)旅游度假功能。因此，南蘆公路的改擴(kuò)建將支撐區(qū)域交通功能提升，促進(jìn)中部城鎮(zhèn)帶轉(zhuǎn)型發(fā)展。

圖5 南蘆公路與中部城鎮(zhèn)帶的聯(lián)系示意圖

5 結(jié) 語

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是城市發(fā)展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其涉及到的道路改擴(kuò)建工程，關(guān)系著與城市規(guī)模相匹配的交通承載能力[10]，對城市的發(fā)展尤為重要。道路改擴(kuò)建工程的規(guī)劃設(shè)計，離不開工程范圍內(nèi)大比例尺地形、斷面、雨污水管線等現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的獲取，須進(jìn)行相應(yīng)的方案設(shè)計才能經(jīng)濟(jì)、合理、高質(zhì)量的完成測量工作。本次工程測量方案設(shè)計符合預(yù)期，取得了不錯的工程效益。