1、刍议测量新技术在公路测量中的应用摘要：公路测量技术是一门由计算机技术、测绘技术、信息和通讯技术相互交叉与渗透的综合技术，随着信息采集和处理技术的迅猛发展，现代公路测量新技术将具有十分广阔的发展前景。本文对 GPS、RTK、3S测量技术以及全站仪在公路测量中的应用情况进行阐述。 关键词：测量技术；公路测量；应用 中图分类号：U412.36 文献标识码： A 引言 工程测量学是一门应用学科，它是直接为国民经济建设和国防建设服务，紧密与生产实践相结合的学科，是测绘学中最活跃的一个分支学科。改革开放以来，城市建设不断扩大，各种交通设施等建设工程不断地增多，对公路工程测量不断提出新任务、新课题和新要求，
2、使公路工程测量的服务领域不断拓宽，有力地推动和促进公路工程测量事业的进步与发展。近 20 年来，随着测绘科技的飞速发展，电子计算机技术、微电子技术、激光技术、空间技术等新技术的发展与应用，公路工程测量的技术面貌发生了巨大的变化，并取得显著的成就。面向 21 世纪，我国的公路工程测量技术发展趋势和方向是：测量数据采集和处理的自动化、实时化、数字化；测量数据管理的科学化、标准化、规范化；测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。下面介绍几种测量新技术在公路工程测量中的具体应用。 一、GPS 测量技术及在公路测量中的应用 1、GPS 测量技术概述 GPS 系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统
3、。在需要的位置P 点架设 GPS 接收机,在某一时刻 ti 同时接收了 3 颗(A、B、C)以上的GPS 卫星所发出的导航电文, 通过一系列数据处理和计算可求得该时刻 G P S 接收机至 G P S 卫星的距离 SAP 、SBP、SCP,同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置(三维坐标)。 在 GPS 测量中通常采用两类坐标系统,一类是在空间固定的坐标系统,另一类是与地球体相固联的坐标系统, 称地固坐标系统, 我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换, 来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处
4、理 GPS 观测成果,因此在测量中被得到了广泛的应用。 2、GPS 测量技术在公路测量中的应用 随着高等级公路的迅速发展,对测量技术提出了更高的要求,由于线路长,已知点少,因此,用常规测量手段不仅布网困难,而且难以满足高精度的要求。GPS 在公路工程中的应用, 目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。目前,国内已逐步采用 GPS 技术建立线路首级高精度控制网,然后用常规方法布设导线加密。实践证明,在几十公里范围内的点位误差只有 2cm 左右,达到了常规方法难以实现的精度,同时也大大提前了工期。 公路工程的测量主要应用了 GPS 的两大功能:静态功能和动态功能。静态功能是通过接收
5、到的卫星信息,确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统,把已知的三维坐标点位,实地放样地面上。 布设公路勘测控制网。目前,公路路线 GPS 网的施测方案基本有两个:一是所有路线控制点全部采用 GPS 施测,即沿路线纵向每隔 500m1000m 布设一个 GPS 点,相邻 GPS 点间相互通视；二是沿路线纵向每隔 5km10km布设一对 GPS 点(一个做控制点,一个做方向点),作为路线的基本控测,在此基础上,中间再进行红外测距导线加密。 (2)纵、横断面测量。GPS 通过与手持计算机联机,利用预先设计好的数据,在实地进行中线测量。公路中线确定后,利用中线桩点坐标,通过绘图软件, 即可给出
6、路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的,因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。 (3)检测线、桩及点位。在公路施工测量中,GPS 可用于恢复中线以及一些主要桩位。在施工过程中一些桩位如高程桩、转点桩、中线拄等经常遭到破坏为保证施工质量需随时恢复这些点位,依靠常规方法费时、费力,而用 GPS 则能很快地完成此项工作,此外 GPS 还可以用于边桩放样。RTK 测量技术及在公路测量中的应用 1、 RTK 测量技术概述 RTK 能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标，并达到厘米级精度。具备灵活、快速、省时、省力等优点，显著地提高工作效率。RTK 技术能够替代常规控制测量
7、，如一、二级导线测量，图根控制测量，图根水准测量等。目前，该技术已广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。 RTK 测量系统一般由以下三部分组成：GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。 RTK 测量技术，其基本原理是：在基准站上设置 1 台 GPS 接收机，对所有可见 GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS 接收机在接收 GPS 卫星信号的同
8、时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，实时地判定解算结果是否成功。 2、RTK 测量技术在公路测量中的应用 （1）外业准备及踏勘。根据设计方案在 1：10000 地形图上确定路线基本走向，与铁路、公路、河流交叉位置以及起终点连接方案等，拟定首级控制网图形。在现场踏勘中重点搜集地物、河流、村落等影响线路走向的因素，初步确定首级控制网的布设位置。 （2）首级控制测量。公路测量一般是在直角坐标系中进行，而 RTK采集的是 W
9、GS84 坐标，这就存在 WGS84 坐标与直角坐标系的坐标转换问题，由于 RTK 作业要求实时给出直角坐标系的坐标，这使得坐标转换工作非常重要。为了计算坐标转换参数，就需要联测不少于 3 个高等级的国家控制点，当然能联测更多的国家控制点可以提高坐标转换参数的精度，可以计算坐标转换残差，确定控制点的可靠性。联测好国家控制点后，GPS 接收机手薄能自动解算坐标转换参数并进行坐标校正和高程拟合。接下来根据公路线路的长度，每隔 35 公里布设一个首级控制点，控制点的位置要离开公路中心线一定的距离，以免施工遭到破坏。对首级控制网进行静态定位测量，在 GPS 卫星数5 颗，观测时间控制在 20 分钟以上
10、时，可达到 12cm 的平面精度。 （3）地形图测绘。公路定线大多是在大比例尺（通常是 1：1000或 1：500）带状地形图上进行，用传统的方法测图，首先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制大比例尺地形图。这种方法受到公路交通、行道树等诸多影响，工作量大、速度慢、花费时间长。采用 RTK 动态测量技术，在控制点上架设基准站，启动流动站后在沿线每个碎部点上只需停留 25 秒，即可获得点位坐标，结合输入的点特征编码及属性信息，构成碎部点的数据，或采用野外绘制草图的方法，室内用绘图软件成图。数据采集速度快，大大降低了测图难度，既省时又省力。 （4）道路中线放样。RTK 测量技术用于公路中线放样，放
11、样工作一人即可完成。将公路定线参数如逐桩坐标、交点坐标等传输到 RTK 的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，即能按桩号也可按坐标放样，并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定的为止。对 15km 以内的公路将基准站架设于线路中部，即可满足全线的放样工作，无需搬站。每个点的测量都是独立完成得，不会产生累积误差，各点的放样精度趋于一致。对于公路放样，穿越水面、建筑等障碍物时，还可实现路中线上任意点放样，这是常规测量无法实现的。 三、全站仪在公路工程测量中的应用 1、全站仪的基本概念 全站仪，即全站型电子速测仪。速测仪是根据从仪器站同时测定某一点的
12、平面位置和高程的测量原理而设计的仪器。而光学速测仪是带有视距丝的经纬仪，通过光学方法来实现测量的。电磁波测距仪代替光学视距经纬仪使得测程更大、测量时间更短, 精度更高。根据测角方法的不同分为半站型电子速测仪和全站型电子速测仪, 全站型电子速测仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系数，测量所得结果能自动显示并能与外围交换信息的多功能测量仪器，由于全站型电子速测仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以称全站型电子速测仪为全站仪。 从总体上看，全站仪可分为两大部分： 一是，为采集数据而设置的专用设备：电子测角系数、电子测距系数、数据存储系数、自动补偿设备。
13、 二是，过程控制机：包括与测量数据相连接的外围设备及进行计算，产生指令的微机处理机。此过程自动完成数据采集，又要自动处理数据和控制整个测量过程。 2、全站仪在公路测量中的应用 （1）导线测量 公路线型的平面控制，宜采用导线测量。所设置的导线是控制公路平面位置的，其成果的好坏直接影响到路线测设的质量。所以必须保证有较高的精度，避免平面位置的移动与错位。传统测设方法是用经纬仪测角，用钢尺量平面距离，称为“平板仪导线” ，但精度太低，受到地形等因素的影响。随着社会的进步，科学的发展，高等级公路越来越多，精度要求也越来越高， “平板仪导线”根本满足不了所需精度，全站仪的出现满足了此要求，计算工作大为减
14、少。 （2）标准测量 数据采集：在标准测量中, 可以根据每条线路的数据, 建立自己独立的文件。在文件编辑过程中, 全站仪会自动计算并显示出该线路的桩号及方位角, 若出现错误, 则显示出错信息。然后再编辑重新输入计算。(3) 悬高测量 在公路测量中，经常碰到需测量某一建筑物如电线等距地面的高度，此时用全站仪的悬高测量。置镜于该建筑正下方，测出距离，然后瞄准建筑物，全站仪则会准确显示所求高度，在公路工程测量或其它工程测量中经常用到。 （4）对边测量 置仪于一已知点，后视一点，可以测出任意对边的平距，斜距和高差，在测量过程中根据实际情况选择合适的测量模式。 四、 “3S”集成技术在公路测量中的应用
15、“3S”集成技术最早是由武汉测绘科技大学李德仁院士提出，它是由全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和遥感技术(Rs)三者通过数据接口紧密结合与集成，共同构成的一个对地观测、处理、分析、制图和工程应用的大系统。 “3S”技术为公路测量设计提供了新一代的观测手段和生产工具，3s 的结合应用，取长补短；三者之间的相互作用形成了“一个大脑、两只眼睛”的框架，即 Rs 和 GPS 向 GIS 提供或更新测区信息以及空间定位，GIS 进行相应的空间分析，以从 RS 和 GPS 提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，辅助公路勘测设计、公路施工控制测量等工作走上自动化轨道。 因此， “
16、3s”集成技术是一个自然的发展趋势，也是未来公路测量技术的重要发展方向。在实际应用中，3s 多为两两之间的集成，如GISRS 集成，GISGPS 集成、RSGPS 集成等。 五、结语 公路工程施工测量作为公路建设的重要环节，在公路工程建设中，工程测量做的好坏，直接影响公路的线形，甚至造成整个工程的返工，给整个工程造成不必要的重复劳动。公路工程施工测量贯穿公路建设的整个过程，从选线、定线、施工放样到最后竣工验收，都少不了测量工作，测量工作在施工准备阶段、施工过程中、施工完成后，都有着极其重要的控制作用。 参考文献1王会，浅谈高速公路施工测量 j 科协论坛(下半月)，2007，(11)2陈继坚，公路施工测量所应注意的事项 j 科技创新导报，2008，(17).3陈立春，李巍，浅谈公路工程施工测量放样 j 中国水运(下半月)，2009，(05)
