【摘要】在測(cè)量領(lǐng)域,GPS系統(tǒng)已廣泛用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量以及地形測(cè)量等各個(gè)方面。GPS技術(shù)應(yīng)用于公路測(cè)量是公路外業(yè)勘測(cè)的一項(xiàng)重大技術(shù)革命,其應(yīng)用及開(kāi)發(fā)的前景十分廣闊。尤其是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)在公路測(cè)量中蘊(yùn)含著巨大的技術(shù)潛力。本篇文章主要介紹了GPS中的RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用及其對(duì)公路勘測(cè)的巨大推進(jìn)作用。
【關(guān)鍵詞】GPS公路測(cè)量;RTK技術(shù)
  1.GPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
  GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能,能為各類(lèi)用戶(hù)提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。單點(diǎn)導(dǎo)航定位與相對(duì)測(cè)量定位是GPS應(yīng)用的兩個(gè)方面;對(duì)常規(guī)測(cè)量而言相對(duì)測(cè)量定位是主要的應(yīng)用方式。
  相對(duì)測(cè)量定位是利用L1和L2載波相位觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量,其原理是采用載波相位測(cè)量局域差分法:在接收機(jī)之間求一次差分,在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測(cè)歷元之間求二次差分,通過(guò)兩次差分計(jì)算解算出待定基線(xiàn)的長(zhǎng)度;求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù),根據(jù)算法模型,設(shè)計(jì)了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測(cè)、國(guó)家大地測(cè)量、大壩變形觀測(cè)等高精度測(cè)量;快速靜態(tài)測(cè)量以其高效的作業(yè)效率與厘米級(jí)精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測(cè)量;而RTK測(cè)量以其快速實(shí)時(shí),厘米級(jí)精度等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集(如碎部測(cè)量)與工程放樣中。RTK技術(shù)代表著GPS相對(duì)測(cè)量定位應(yīng)用的主流。
  2.GPS測(cè)量在公路測(cè)量中的應(yīng)用
  公路路線(xiàn)一般處在一條帶狀走廊內(nèi),其平面控制測(cè)量往往采用導(dǎo)線(xiàn)形式,這包括附合導(dǎo)線(xiàn)、閉合導(dǎo)線(xiàn)、結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線(xiàn)等導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)形式。對(duì)于重要構(gòu)造物如大橋、特大橋、長(zhǎng)大隧道等,也有布設(shè)成三角網(wǎng)、線(xiàn)形鎖、中點(diǎn)多邊形、大地四邊形等形式。
  2.1常規(guī)測(cè)量方法的缺陷
  規(guī)范對(duì)附合導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度、閉合導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線(xiàn)間的長(zhǎng)度等有嚴(yán)格規(guī)定,一般對(duì)于高等級(jí)公路均要求達(dá)到一級(jí)導(dǎo)線(xiàn)要求。這樣,導(dǎo)線(xiàn)附合或閉合長(zhǎng)度最長(zhǎng)不得超過(guò)10公里,結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線(xiàn)結(jié)點(diǎn)間距不能超過(guò)附合導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度的0.7倍。這種要求一般在實(shí)際作業(yè)中難以達(dá)到,往往出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)。
  搜集到的用于路線(xiàn)測(cè)量控制的起算點(diǎn)間一般很難保證為同一測(cè)量系統(tǒng),往往國(guó)測(cè)、軍測(cè)、城市控制點(diǎn)混雜一起,這就存在系統(tǒng)間的兼容性問(wèn)題,如果用不兼容的起算點(diǎn),勢(shì)必影響測(cè)量質(zhì)量。
  國(guó)家大地點(diǎn)破壞嚴(yán)重,影響測(cè)量作業(yè)。由于國(guó)家基礎(chǔ)控制點(diǎn),大多為五六十年代完成,經(jīng)過(guò)40多年,有些點(diǎn)由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要被破壞,有些點(diǎn)則由于人們?nèi)狈χR(shí)遭人為破壞。在一些地區(qū)進(jìn)行路線(xiàn)測(cè)量作業(yè),往往在50公里以上均找不到導(dǎo)線(xiàn)的聯(lián)測(cè)點(diǎn)。這樣路線(xiàn)控制測(cè)量的質(zhì)量得不到保證。地面通視困難往往影響常規(guī)測(cè)量的實(shí)施。一般路線(xiàn)的控制點(diǎn)要求布設(shè)在距路線(xiàn)的300米范圍內(nèi)。由于通視的原因,這一條件難以滿(mǎn)足,甚至在大范圍密林、密灌及青紗帳地區(qū),根本無(wú)法實(shí)施常規(guī)控制測(cè)量。
  2.2對(duì)于長(zhǎng)大隧道,特大橋用常規(guī)測(cè)量有下列局限
  長(zhǎng)大隧道、特大橋等構(gòu)造物一般要求測(cè)量等級(jí)在四等以上。用常規(guī)測(cè)量方法,往往采用增加測(cè)回?cái)?shù),延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間等費(fèi)時(shí)、費(fèi)工的方法來(lái)設(shè)法提高精度。長(zhǎng)大隧道、特大橋多為地形復(fù)雜困難地帶,進(jìn)行常規(guī)控制測(cè)量,為通視和網(wǎng)形,往往砍伐工作量相當(dāng)大,這樣測(cè)設(shè)費(fèi)用很大,作業(yè)艱苦。長(zhǎng)大隧道及特大橋的控制網(wǎng)高精度及與路線(xiàn)網(wǎng)的低精度銜接,雖說(shuō)用平差方法可以得到克服,但由于地形條件困難,其聯(lián)結(jié)的測(cè)量工作量很大,且不太方便。實(shí)際工作中,構(gòu)造物的控制測(cè)量與路線(xiàn)的控制測(cè)量經(jīng)常出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。
  2.3公路工程的測(cè)量主要GPS的功能
  公路工程的測(cè)量主要應(yīng)用了GPS的兩大功能靜態(tài)功能和動(dòng)態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過(guò)接收到的衛(wèi)星信息,確定地面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)。我們是在新(鄉(xiāng))孟(州)公路武陟至溫縣段改建工程中首次采用靜態(tài)GPS做公路路線(xiàn)平面控制的。由于沿線(xiàn)國(guó)家控制點(diǎn)丟失嚴(yán)重,國(guó)家控制點(diǎn)距離路線(xiàn),最近的點(diǎn)離路線(xiàn)也有1.2km。該路段處于平原區(qū),到處都是玉米地,控制測(cè)量采用常規(guī)測(cè)量有很大困難,又很難在規(guī)定的工期內(nèi)完成路線(xiàn)控制測(cè)量、放線(xiàn)測(cè)量。根據(jù)當(dāng)時(shí)的自然條件和地理?xiàng)l件的因素,就選擇了首級(jí)控制沿路線(xiàn)每隔5km左右布設(shè)一對(duì)GPS點(diǎn),沿線(xiàn)共布設(shè)了12對(duì)GPS點(diǎn),三天就完成了53.6km的首級(jí)控制。該條公路屬于二級(jí)公路,GPS平面控制按照D級(jí)布設(shè),中間采用常規(guī)測(cè)量加密一級(jí)導(dǎo)線(xiàn),加密的導(dǎo)線(xiàn)精度完全滿(mǎn)足公路測(cè)量的要求。經(jīng)過(guò)平差處理,這24個(gè)GPS點(diǎn)的最弱點(diǎn)位精度為4.95CM,平均點(diǎn)位精度為2.85CM,平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/486993。
  經(jīng)過(guò)多次的復(fù)測(cè)驗(yàn)證,GPS技術(shù)控制測(cè)量的精度可以完全滿(mǎn)足公路勘察設(shè)計(jì)和公路建設(shè)的精度要求。
  自從這個(gè)項(xiàng)目采用GPS技術(shù)測(cè)量平面控制測(cè)量以來(lái),在以后的項(xiàng)目中GPS技術(shù)成為首選平面控制測(cè)量的測(cè)量方式。隨著GPS技術(shù)的不斷更新、儀器設(shè)備的普及,GPS技術(shù)逐漸有取代常規(guī)測(cè)量的趨勢(shì)。
  3.GPS技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用前景
  隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和西部大開(kāi)發(fā)的實(shí)施,全國(guó)的高等級(jí)公路建設(shè)迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇,這就對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)提出了更高的要求,隨著公路設(shè)計(jì)行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展,公路設(shè)計(jì)已完全實(shí)現(xiàn)CAD化,有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測(cè)繪產(chǎn)品的支持;建立勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈,減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié),是公路勘測(cè)設(shè)計(jì)“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求,也是影響高等級(jí)公路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”所在。目前公路勘測(cè)中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備,但常規(guī)測(cè)量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制,作業(yè)強(qiáng)度大,且效率低,大大延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期。當(dāng)前,用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線(xiàn)總體控制測(cè)量,為勘測(cè)階段測(cè)繪帶狀地形圖,路線(xiàn)平面、縱面測(cè)量提供依據(jù);在施工階段為橋梁,隧道建立施工控制網(wǎng),這僅僅是GPS在公路測(cè)量中應(yīng)用的初級(jí)階段,其實(shí),公路測(cè)量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位)技術(shù)的應(yīng)用之中,RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用,有著非常廣闊的前景。下面就RTK技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用作簡(jiǎn)單的介紹。
  4.RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用
  4.1實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)應(yīng)用
  動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景,可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線(xiàn)測(cè)量等工作。測(cè)量2~4s,精度就可以達(dá)到1~3cm,且整個(gè)測(cè)量過(guò)程不需通視,有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
  4.2 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
  實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測(cè)量成果(包括高程)。
  徹底擺脫了由于粗差造成的返工,提高了GPS作業(yè)效率。作業(yè)效率高,每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留2~3s,流動(dòng)站小組作業(yè),每小組(3~4人)每天可完成中線(xiàn)測(cè)量5~10km。若用其進(jìn)行地形測(cè)量,每小組每天可以完成0.8~1.5km2的地形圖測(cè)繪,其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的。在中線(xiàn)放樣的同時(shí)完成中樁中平測(cè)量工作。應(yīng)用范圍廣,可以涵蓋公路測(cè)量(包括平、縱、橫)、施工放樣、監(jiān)理、竣工測(cè)量、養(yǎng)護(hù)測(cè)量、GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面。如輔助相應(yīng)的軟件,RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè),充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢(shì)。
  5.結(jié)語(yǔ)
  GPS在公路勘測(cè)中的應(yīng)用,對(duì)公路的勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革,極大地提高了勘測(cè)精度和勘測(cè)效率,特別是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)將在公路勘測(cè)、施工和后期養(yǎng)護(hù)、管理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景!科]
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