現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在山區(qū)公路測(cè)量中的運(yùn)用
2011-12-22 來源：作者：伊成紅 楊勇 來源：中國(guó)鳴網(wǎng)
隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代地形圖的大量艱巨的測(cè)繪工作已由傳統(tǒng)的野外白紙測(cè)圖轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化的測(cè)繪，例如室內(nèi)的航空攝影測(cè)繪和航天遙感測(cè)繪，并已逐漸邁向全數(shù)字化、自動(dòng)化測(cè)圖。
對(duì)于公路橋梁勘察設(shè)計(jì)行業(yè)，測(cè)繪工作是先驅(qū)，其效率、精度控制以及與設(shè)計(jì)本身結(jié)合的緊密程度，從一定程度上影響勘察設(shè)計(jì)的進(jìn)展速度和成果質(zhì)量。筆者從事公路勘測(cè)十余年，總結(jié)出該行業(yè)測(cè)繪工作一些自身的特點(diǎn)，按公路勘測(cè)基本流程分述如下：
一、踏勘選點(diǎn)
選點(diǎn)就是在測(cè)區(qū)內(nèi)選定控制點(diǎn)的位置。首先收集測(cè)區(qū)已有地形圖和高一級(jí)控制點(diǎn)的成果資料。根據(jù)規(guī)范要求，二級(jí)及其以下公路導(dǎo)線等級(jí)一般選用二級(jí)導(dǎo)線，據(jù)此在地形圖上擬定導(dǎo)線初步布設(shè)方案，再到實(shí)地踏勘，選定導(dǎo)線點(diǎn)的位置。若測(cè)區(qū)范圍內(nèi)無可供參考的地形圖時(shí)，通過踏勘，根據(jù)測(cè)區(qū)范圍、地形條件直接在實(shí)地?cái)M定導(dǎo)線布設(shè)方案，選定導(dǎo)線的位置。
1、如果采用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，導(dǎo)線點(diǎn)點(diǎn)位選擇必須注意以下幾個(gè)方面：
（1）.為了方便測(cè)角，相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間要通視良好，視線遠(yuǎn)離障礙物，保證成像清晰；
（2）.導(dǎo)線邊應(yīng)離開強(qiáng)電磁場(chǎng)和發(fā)熱體的干擾，測(cè)線上不應(yīng)有樹枝、電線等障礙物。
（3）.導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)埋在地面堅(jiān)實(shí)、不易被破壞處，一般應(yīng)埋設(shè)標(biāo)石。
（4）.導(dǎo)線點(diǎn)要有一定的密度，以便控制整個(gè)測(cè)區(qū)。
（5）.導(dǎo)線邊長(zhǎng)要大致相等，不能懸殊過大。根據(jù)計(jì)算，前視點(diǎn)距離600米，水平角每偏一秒，點(diǎn)位水平位置誤差為3毫米，而前后邊長(zhǎng)懸殊越大，水平角測(cè)角誤差越大。
2、GPS導(dǎo)線測(cè)量
（1）.導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)選在視線開闊、衛(wèi)星高度角充分處，并應(yīng)避開強(qiáng)電磁場(chǎng)（包括使用對(duì)講機(jī)和其他無線通訊設(shè)備）、開闊水域等不利因素。
（2）.雖然GPS測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)間不需要通視，但為了滿足路線測(cè)量、施工放樣的要求，應(yīng)至少保證每相鄰兩點(diǎn)間相互通視。
導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)后，要在樁上用紅油漆寫明點(diǎn)號(hào)，并用紅油漆在固定地物上畫一箭頭指向?qū)Ь€點(diǎn)并繪制“點(diǎn)之記”方便尋找導(dǎo)線點(diǎn)。
二、控制測(cè)量
現(xiàn)代公路勘測(cè)的控制測(cè)量作業(yè)，基本已由第一代的經(jīng)緯儀配合測(cè)距儀、第二代的全站儀轉(zhuǎn)化到現(xiàn)今主流的GPS測(cè)量上。山區(qū)公路采用GPS測(cè)量比在平原微丘區(qū)有更高的優(yōu)越性：
第一，GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。
第二，GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。
第三，GPS－RTK技術(shù)徹底改變公路測(cè)量模式。RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等。
第四，GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。
第五，GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難，GPS高程測(cè)量無疑是一種有效的手段。
1、GPS數(shù)據(jù)采集
在山區(qū)進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)，由于路線經(jīng)過峽谷等地形復(fù)雜地段，點(diǎn)位上方的GPS衛(wèi)星信號(hào)會(huì)被遮擋一部分，從整體上講觀測(cè)條件往往較差，因此作業(yè)前應(yīng)查看觀測(cè)站星空?qǐng)D，選擇適當(dāng)?shù)挠^測(cè)時(shí)間段，適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間等手段來提高觀測(cè)精度，二、三、四等GPS控制網(wǎng)應(yīng)以邊連式、網(wǎng)連式方法組網(wǎng)觀測(cè)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在山嶺重丘區(qū)，用GPS單頻接收機(jī)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)時(shí)，二級(jí)平面導(dǎo)線每個(gè)時(shí)段同步觀測(cè)時(shí)間不少于45分鐘，截止高度角取20。。
如某公路項(xiàng)目控制點(diǎn)設(shè)置完畢后，用6臺(tái)徠卡GPS單頻接收機(jī)對(duì)32個(gè)GPS控制點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)。為保證測(cè)量精度，觀測(cè)前對(duì)徠卡GPS接收機(jī)的性能和可靠性進(jìn)行全面檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)合格后才允許參加作業(yè)；導(dǎo)線點(diǎn)每個(gè)時(shí)段同步觀測(cè)時(shí)間均不少于45分鐘，重復(fù)設(shè)站次數(shù)不少于2次；以邊連式方法組網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)，采樣間隔取5S，截止高度角取20。，GDOP小于6，同時(shí)觀測(cè)到有效衛(wèi)星數(shù)大于5顆；接收機(jī)開始記錄數(shù)據(jù)后，隨時(shí)注意衛(wèi)星信號(hào)和信息存儲(chǔ)情況，當(dāng)接收或存儲(chǔ)出現(xiàn)異常時(shí)，調(diào)整觀測(cè)計(jì)劃，延長(zhǎng)接收機(jī)觀測(cè)時(shí)間。每天觀測(cè)結(jié)束后要及時(shí)對(duì)當(dāng)天的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括基線解算，同步環(huán)閉合差計(jì)算等，對(duì)超限的點(diǎn)位要進(jìn)行整體分析，如有必要進(jìn)行重測(cè)或補(bǔ)測(cè)。
2、GPS數(shù)據(jù)處理
控制網(wǎng)點(diǎn)觀測(cè)完成后，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢查和校對(duì)，確認(rèn)外業(yè)數(shù)據(jù)無誤后，采用高精度的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作。在地形起伏較大、樹木眾多的山嶺重丘區(qū)，由于GPS接收信號(hào)受到不同程度的影響，在數(shù)據(jù)處理過程中，往往會(huì)出現(xiàn)大量不合格基線或者合格基線誤差較大，部分同步環(huán)閉合差、重復(fù)基線較差、異步環(huán)閉合差會(huì)超限，如何提高控制網(wǎng)解算精度，盡量避免大量的外業(yè)重測(cè)工作，是測(cè)繪工作者需更深一步研究的問題。
GPS基線向量網(wǎng)的平差分為三種類型：一是無約束平差，二是約束平差，三是聯(lián)合平差。目前，對(duì)于絕大多數(shù)的地區(qū)聯(lián)合平差是解決GPS網(wǎng)成果轉(zhuǎn)換的有效手段，也是絕大多數(shù)的地區(qū)目前唯一行之有效的方法。因此GPS網(wǎng)一般要聯(lián)測(cè)3～5個(gè)已知點(diǎn)；
聯(lián)合平差或約束平差成果的精度分析：主要考察各類觀測(cè)值的改正數(shù)的分布是否有明顯粗差，平差坐標(biāo)、點(diǎn)位誤差、轉(zhuǎn)換參數(shù)、單位權(quán)中誤差是否通過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，邊長(zhǎng)相對(duì)精度是否滿足設(shè)計(jì)精度要求。
GPS高程擬合根據(jù)不同軟件的要求，為保證作業(yè)精度，至少要聯(lián)測(cè)4個(gè)水準(zhǔn)高程點(diǎn)。
三、中樁放樣
1、在GPS中選擇“放樣”選項(xiàng)，進(jìn)行放樣測(cè)量作業(yè)，系統(tǒng)軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)輸入到RTK電子簿中的放樣點(diǎn)的坐標(biāo)定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位。
2、山區(qū)公路由于地形條件的限制，RTK放樣常會(huì)遇到許多無信號(hào)區(qū)域，這就要求放樣工作應(yīng)由RTK配合全站儀共同完成，在無信號(hào)區(qū)域，可在附近有信號(hào)區(qū)域選定兩點(diǎn)并由RTK實(shí)時(shí)測(cè)定出三維坐標(biāo)供全站儀放樣用。這種組合作業(yè)模式貫穿于整個(gè)外業(yè)測(cè)繪工作中。
四、斷面測(cè)量
全站儀具有測(cè)量精度高、速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。全站儀普遍應(yīng)用之后,我國(guó)公路及鐵路勘測(cè)單位相繼使用全站儀的坐標(biāo)測(cè)量功能直接進(jìn)行橫斷面測(cè)量,使用全站儀測(cè)量橫斷面成為高精度及高效橫斷面測(cè)量的首選方法。一些儀器制造商也針對(duì)自身儀器開發(fā)了專門的橫斷面測(cè)量程序（如尼康和徠卡）。
運(yùn)用此類程序進(jìn)行橫斷面測(cè)量，分兩種情況：
第一種情況：如果只需獲取斷面數(shù)據(jù)，則可自由設(shè)站，測(cè)站不需坐標(biāo)，直接測(cè)定處于斷面線上相鄰兩點(diǎn)間的平距高差，從而獲得橫斷面數(shù)據(jù)，此方法要求斷面線方向需根據(jù)路線前后走向選擇正確。
第二種情況是既需獲取橫斷面數(shù)據(jù)，同時(shí)還要獲取各斷面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，那么就需要設(shè)站于已知坐標(biāo)點(diǎn)上，使用本站定向后，測(cè)定斷面數(shù)據(jù)并同時(shí)保存各斷面點(diǎn)三維坐標(biāo)備查或作他用。
少數(shù)隱蔽點(diǎn)在10～15m以內(nèi),當(dāng)前后有全站儀測(cè)量點(diǎn)時(shí),可以用傳統(tǒng)的抬桿法加密補(bǔ)充。
五、路線地形圖測(cè)繪
二級(jí)及以下公路勘測(cè)，根據(jù)公路等級(jí)特點(diǎn)和成本效益控制，此類公路地形圖測(cè)繪不必采用高精度大比例尺實(shí)測(cè)或航測(cè)，一般采取擴(kuò)放國(guó)家萬分之一地形圖，根據(jù)實(shí)測(cè)的路線控制工點(diǎn)、中樁點(diǎn)位高程等修正路線臨近等高線，并調(diào)繪變化、新增的地物地貌的方法繪制路線地形圖。對(duì)于新建路段或改建路的大型方案調(diào)整路段、大橋隧道等位置，則需實(shí)測(cè)該部分地形圖予以補(bǔ)充。
六、山區(qū)特有限制條件下測(cè)繪的精度控制原則
對(duì)于山區(qū)低等級(jí)公路（三、四級(jí)）勘測(cè)，測(cè)區(qū)難以獲得高一級(jí)控制點(diǎn)，或控制點(diǎn)難以進(jìn)行附合（閉合）測(cè)量，甚至測(cè)區(qū)沒有萬分之一地形圖的情況，控制測(cè)量可以采用全站儀支導(dǎo)線的形式，根據(jù)筆者對(duì)多條低等級(jí)公路的勘測(cè)實(shí)踐，由于公路是連續(xù)構(gòu)造物，施工放樣和路線平高均是由相鄰導(dǎo)線點(diǎn)逐一連續(xù)控制的，所以只要支導(dǎo)線連續(xù)相鄰點(diǎn)間的平面高程誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，無論支導(dǎo)線的累積誤差最終結(jié)果如何，均能滿足設(shè)計(jì)和施工要求，對(duì)于沒有萬分之一地形圖的區(qū)域，則更可采用獨(dú)立坐標(biāo)高程系統(tǒng)，并沿線手繪近似的路線地形圖。
總之，在山區(qū)公路設(shè)計(jì)時(shí)，一定要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜的靈活采用各項(xiàng)現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，在確保山區(qū)公路測(cè)量的精度滿足規(guī)范要求的情況下，提高測(cè)繪和整個(gè)道路設(shè)計(jì)的工作效率。
