測(cè)繪新技術(shù)在沙漠公路測(cè)量中的應(yīng)用

李鴻宇

新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002

1 項(xiàng)目概述

案例項(xiàng)目起點(diǎn)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師38團(tuán)，橫穿塔克拉瑪干沙漠無(wú)人區(qū)，終點(diǎn)至塔克拉瑪干沙漠腹地塔中石油基地，全線長(zhǎng)147km，公路等級(jí)為三級(jí)，主要工作量為沿線路1∶2000帶狀地形圖測(cè)繪和線路縱橫斷面測(cè)量。

塔克拉瑪干沙漠是世界第二大流動(dòng)沙漠，沙丘高度一般為100～200m，最高約為300m，測(cè)區(qū)80%為無(wú)人區(qū)，車(chē)輛無(wú)法到達(dá)。

2 技術(shù)要求與策劃

2.1 技術(shù)要求

（1）平面坐標(biāo)系：2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。

（2）高程基準(zhǔn)：1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

（3）帶狀地形圖：成圖比例尺為1∶2000，基本等高距為1m。

（4）縱橫斷面數(shù)據(jù)：縱橫斷面數(shù)據(jù)用點(diǎn)云提取，可到達(dá)區(qū)域人工實(shí)測(cè)部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)提取數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2 技術(shù)策劃

（1）技術(shù)難點(diǎn)。①全線控制測(cè)量難以貫通；②帶狀地形圖測(cè)繪和縱、橫斷面測(cè)量在無(wú)人區(qū)無(wú)法野外實(shí)測(cè)。

（2）測(cè)區(qū)位置與控制點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 測(cè)區(qū)位置與控制點(diǎn)分布

（3）結(jié)合現(xiàn)階段先進(jìn)測(cè)繪技術(shù)和設(shè)備，綜合考慮項(xiàng)目實(shí)際情況，決定采用以下兩項(xiàng)技術(shù)解決項(xiàng)目中的難點(diǎn)問(wèn)題。

第一，采用連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）結(jié)合區(qū)域似大地水準(zhǔn)面模型，快速獲取正常高。聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)附近高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，檢驗(yàn)成果可靠性。根據(jù)測(cè)區(qū)交通情況，以“盡可能靠近線路”的原則在測(cè)區(qū)外圍布設(shè)GNSS點(diǎn)，點(diǎn)位密度執(zhí)行C級(jí)指標(biāo)，以網(wǎng)狀型覆蓋測(cè)區(qū)，平均間距不大于20km。新布設(shè)點(diǎn)與測(cè)區(qū)周?chē)男陆瓹ORS基準(zhǔn)站點(diǎn)以C級(jí)指標(biāo)進(jìn)行同步觀測(cè)，委托自治區(qū)測(cè)繪科學(xué)研究院利用新疆CORS基準(zhǔn)站點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，獲得測(cè)區(qū)平面坐標(biāo)與大地高，再利用測(cè)區(qū)精化似大地水準(zhǔn)面模型進(jìn)行改正計(jì)算，得到正常高成果。

測(cè)區(qū)附近現(xiàn)存水準(zhǔn)點(diǎn)：二等點(diǎn)輪民61、I休若3。起點(diǎn)布設(shè)閉合水準(zhǔn)路線，以等外指標(biāo)聯(lián)測(cè)DG01、ST02、I休若3；終點(diǎn)布設(shè)閉合水準(zhǔn)路線（往返測(cè)），以等外指標(biāo)聯(lián)測(cè)輪民61、ST05、一等塔且04。用輪民61、ST05、一等塔且04、DG01、ST02、I休若3六個(gè)點(diǎn)的水準(zhǔn)成果與解算成果比對(duì)，檢驗(yàn)控制網(wǎng)高程的可靠性。中間無(wú)人區(qū)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)難度大，現(xiàn)階段難以實(shí)施，待施工便道開(kāi)通后，補(bǔ)做施工控制網(wǎng)時(shí)再進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，必要時(shí)重做首級(jí)控制網(wǎng)。

第二，采用機(jī)載激光雷達(dá)掃描技術(shù)。利用獲取的高清數(shù)碼影像制作高精度數(shù)字正射影像圖（DOM），再利用處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高精度DOM生產(chǎn)高精度大比例尺地形圖，進(jìn)而提取無(wú)人區(qū)的縱、橫斷面數(shù)據(jù)。

技術(shù)的可行性說(shuō)明，測(cè)區(qū)地物稀少，可以充分發(fā)揮利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)圖的優(yōu)勢(shì)；免像控技術(shù)適合在無(wú)人區(qū)作業(yè)；該技術(shù)對(duì)地面控制點(diǎn)間距要求相對(duì)較為寬松，即在地面控制間距較大的情況下，仍可獲得高精度的數(shù)據(jù)，適用于該項(xiàng)目的客觀條件。數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

機(jī)載系統(tǒng)自帶的GNSS接收機(jī)和地面架設(shè)GNSS接收機(jī)同步觀測(cè)，將機(jī)載系統(tǒng)GNSS數(shù)據(jù)與地面站GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，獲得與地面控制點(diǎn)一致的大地坐標(biāo)（B、L、H），經(jīng)轉(zhuǎn)換得到與地面控制點(diǎn)坐標(biāo)一致的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。對(duì)同步獲取高清數(shù)碼影像進(jìn)行處理后制作出高精度DOM。地形圖成圖軟件采用EPS圖庫(kù)一體化平臺(tái)，“激光點(diǎn)云輔助正射影像矢量化法”內(nèi)業(yè)繪制。外業(yè)調(diào)繪兩頭有地物的部分區(qū)域，絕大部分區(qū)域?yàn)樯衬匦螣o(wú)須調(diào)繪?？v橫斷面數(shù)據(jù)采用在EPS平臺(tái)上參照高精度DOM和點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取。依據(jù)《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTG C10—2007），在施工前期施工便道開(kāi)通后，以測(cè)區(qū)首級(jí)控制作為起算數(shù)據(jù)，加密無(wú)人區(qū)控制網(wǎng)，滿(mǎn)足后期施工需要。

3 測(cè)量精度分析

3.1 首級(jí)控制網(wǎng)高程精度分析

通過(guò)輪民61、ST05、一等塔且04、DG01、ST02、I休若3六個(gè)點(diǎn)的水準(zhǔn)成果與區(qū)域似大地水準(zhǔn)面模型解算獲取的高程對(duì)比，求得兩種數(shù)據(jù)的差值中誤差為0.086m。通過(guò)兩套高程數(shù)據(jù)的對(duì)比可以判定，起點(diǎn)、終點(diǎn)控制點(diǎn)密集區(qū)域控制網(wǎng)高程精度為10cm，滿(mǎn)足公路初步設(shè)計(jì)需要，不滿(mǎn)足施工精度要求，中間無(wú)人區(qū)更難滿(mǎn)足精度要求。為此，施工便道開(kāi)通后，全線以I休若3、輪民61作為水準(zhǔn)起算點(diǎn)，重做高程控制網(wǎng)滿(mǎn)足施工所需精度。

3.2 1∶2000帶狀地形圖精度分析

通過(guò)對(duì)可到達(dá)區(qū)域43個(gè)平面特征點(diǎn)的比對(duì)，求得平面差值中誤差為0.17m。通過(guò)1857個(gè)高程點(diǎn)的比對(duì)，求得高程差值中誤差為0.1m。《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTG C10—2007）第5.1.4節(jié)對(duì)地形圖精度要求如表1、表2所示。

表1 圖上地物點(diǎn)相對(duì)于臨近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差 單位：mm

表2 等高（深）線插值相對(duì)于臨近圖根點(diǎn)的高程中誤差

通過(guò)比對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以判定起點(diǎn)至30km處，控制點(diǎn)ST04至終點(diǎn)段約50km，合計(jì)約80km產(chǎn)品為絕對(duì)合格產(chǎn)品；中間無(wú)人區(qū)約60km產(chǎn)品為理論性相對(duì)合格產(chǎn)品，成果作為公路初步設(shè)計(jì)使用。

3.3 斷面數(shù)據(jù)精度分析

起點(diǎn)段實(shí)測(cè)了7km，終點(diǎn)段實(shí)測(cè)了4km，控制點(diǎn)ST04附近實(shí)測(cè)了2km，共計(jì)實(shí)測(cè)量為13km。通過(guò)對(duì)13km斷面數(shù)據(jù)比對(duì)，在滿(mǎn)足中樁高程測(cè)量閉合差的前提下，求得中樁兩種數(shù)據(jù)之差中誤差為0.077cm，橫斷面檢測(cè)互查中誤差為0.28cm。《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTG C10—2007）第 9.3 節(jié)和第 9.4節(jié)的相關(guān)要求如表3、表4所示。

表3 中樁高程測(cè)量精度

表4 橫斷面檢測(cè)互差限差

通過(guò)比對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以判定,可到達(dá)區(qū)域約80km點(diǎn)云數(shù)據(jù)兩種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)正確，中間無(wú)人區(qū)約60km轉(zhuǎn)換參數(shù)為理論性正確。由于首級(jí)控制網(wǎng)高程精度不滿(mǎn)足要求，故縱、橫斷面成果只能作為公路初步設(shè)計(jì)概略計(jì)算使用。為此，施工控制網(wǎng)貫通后，根據(jù)實(shí)際情況，或加常數(shù)改正或重測(cè)，最終保證施工所需精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章主要介紹了兩種測(cè)量方法在特殊地區(qū)的應(yīng)用，并用測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。兩種方法具有高效、智能的優(yōu)點(diǎn)，但是存在精度不足以滿(mǎn)足施工需求的缺點(diǎn)。對(duì)此，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，給予了補(bǔ)救措施。這兩種方法的應(yīng)用實(shí)例是否得當(dāng)有待商榷，需要進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證?？傊?，探索測(cè)繪新產(chǎn)品、新技術(shù)的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本，是測(cè)繪單位在新時(shí)代得以發(fā)展的保證，也是測(cè)繪工程技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值的階梯。