现代测绘技术在山区公路测量中的运用-科技论文发表

现代测绘技术在山区公路测量中的运用
刘昌华
随着测绘科学技术的发展和进步，现代地形图的大量艰巨的测绘工作已由传统的野外白纸测图转向现代化的测绘，例如室内的航空摄影测绘和航天遥感测绘，并已逐渐迈向全数字化、自动化测图。
对于公路桥梁勘察设计行业，测绘工作是先驱，其效率、精度控制以及与设计本身结合的紧密程度，从一定程度上影响勘察设计的进展速度和成果质量。笔者从事山区二级及以下公路勘测十余年，总结出该行业测绘工作一些自身的特点，按公路勘测基本流程分述如下：
一、踏勘选点
选点就是在测区内选定控制点的位置。首先收集测区已有地形图和高一级控制点的成果资料。根据规范要求，二级及其以下公路导线等级一般选用二级导线，据此在地形图上拟定导线初步布设方案，再到实地踏勘，选定导线点的位置。若测区范围内无可供参考的地形图时，通过踏勘，根据测区范围、地形条件直接在实地拟定导线布设方案，选定导线的位置。
1、如果采用全站仪进行导线测量，导线点点位选择必须注意以下几个方面：
(1).为了方便测角，相邻导线点间要通视良好，视线远离障碍物，保证成像清晰；
　　(2).导线边应离开强电磁场和发热体的干扰，测线上不应有树枝、电线等障碍物。
(3).导线点应埋在地面坚实、不易被破坏处，一般应埋设标石。
(4).导线点要有一定的密度，以便控制整个测区。
(5).导线边长要大致相等，不能悬殊过大。根据计算，前视点距离600米，水平角每偏一秒，点位水平位置误差为3毫米，而前后边长悬殊越大，水平角测角误差越大。
2、GPS导线测量
(1).导线点应选在视线开阔、卫星高度角充分处，并应避开强电磁场（包括使用对讲机和其他无线通讯设备）、开阔水域等不利因素。
(2).虽然GPS测量导线点间不需要通视，但为了满足路线测量、施工放样的要求，应至少保证每相邻两点间相互通视。
导线点埋设后，要在桩上用红油漆写明点号，并用红油漆在固定地物上画一箭头指向导线点并绘制“点之记”方便寻找导线点。
二、控制测量
现代公路勘测的控制测量作业，基本已由第一代的经纬仪配合测距仪、第二代的全站仪转化到现今主流的GPS测量上。山区公路采用GPS测量比在平原微丘区有更高的优越性：
第一，GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。
第二，GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。
第三，GPS－RTK技术彻底改变公路测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。
第四，GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。作业效率为常规测量方法的3倍以上。
第五，GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。
1、GPS数据采集
在山区进行GPS测量时，由于路线经过峡谷等地形复杂地段，点位上方的GPS卫星信号会被遮挡一部分，从整体上讲观测条件往往较差，因此作业前应查看观测站星空图，选择适当的观测时间段，适当延长观测时间等手段来提高观测精度，二、三、四等GPS控制网应以边连式、网连式方法组网观测。根据实践经验，在山岭重丘区，用GPS单频接收机对控制点进行静态观测时，二级平面导线每个时段同步观测时间不少于45分钟，截止高度角取20。。
广元市青川县木鱼至乔庄二级公路项目控制点设置完毕后，用6台徕卡GPS单频接收机对32个GPS控制点进行静态观测。为保证测量精度，观测前对徕卡GPS接收机的性能和可靠性进行全面检验，各项指标合格后才允许参加作业；导线点每个时段同步观测时间均不少于45分钟，重复设站次数不少于2次；以边连式方法组网进行观测，采样间隔取5 S，截止高度角取20。，GDOP小于6，同时观测到有效卫星数大于5颗；接收机开始记录数据后，随时注意卫星信号和信息存储情况，当接收或存储出现异常时，调整观测计划，延长接收机观测时间。每天观测结束后要及时对当天的测量数据进行处理，包括基线解算，同步环闭合差计算等，对超限的点位要进行整体分析，如有必要进行重测或补测。
2、GPS数据处理
控制网点观测完成后，对原始数据进行全面检查和校对，确认外业数据无误后，采用高精度的GPS数据处理软件进行数据处理工作。在地形起伏较大、树木众多的山岭重丘区，由于GPS接收信号受到不同程度的影响，在数据处理过程中，往往会出现大量不合格基线或者合格基线误差较大，部分同步环闭合差、重复基线较差、异步环闭合差会超限，如何提高控制网解算精度，尽量避免大量的外业重测工作，是测绘工作者需更深一步研究的问题。
GPS 基线向量网的平差分为三种类型：一是无约束平差，二是约束平差，三是联合平差。目前，对于绝大多数的地区联合平差是解决 GPS 网成果转换的有效手段，也是绝大多数的地区目前唯一行之有效的方法。因此 GPS 网一般要联测 3～5 个已知点；
联合平差或约束平差成果的精度分析：主要考察各类观测值的改正数的分布是否有明显粗差，平差坐标、点位误差、转换参数、单位权中误差是否通过统计检验，边长相对精度是否满足设计精度要求。
GPS 高程拟合根据不同软件的要求，为保证作业精度，至少要联测 4 个水准高程点。
三、中桩放样
1、在GPS中选择“放样”选项，进行放样测量作业，系统软件会自动根据输入到RTK电子簿中的放样点的坐标定出放样点的点位。
2、山区公路由于地形条件的限制，RTK放样常会遇到许多无信号区域，这就要求放样工作应由RTK配合全站仪共同完成，在无信号区域，可在附近有信号区域选定两点并由RTK实时测定出三维坐标供全站仪放样用。这种组合作业模式贯穿于整个外业测绘工作中。
四、断面测量
全站仪具有测量精度高、速度快、自动化程度高等优点。全站仪普遍应用之后,我国公路及铁路勘测单位相继使用全站仪的坐标测量功能直接进行横断面测量,使用全站仪测量横断面成为高精度及高效横断面测量的首选方法。一些仪器制造商也针对自身仪器开发了专门的横断面测量程序（如尼康和徕卡）。
运用此类程序进行横断面测量，分两种情况：
第一种情况：如果只需获取断面数据，则可自由设站，测站不需坐标，直接测定处于断面线上相邻两点间的平距高差，从而获得横断面数据，此方法要求断面线方向需根据路线前后走向选择正确。
第二种情况是既需获取横断面数据，同时还要获取各断面点的三维坐标，那么就需要设站于已知坐标点上，使用本站定向后，测定断面数据并同时保存各断面点三维坐标备查或作他用。
少数隐蔽点在 10～15m以内 ,当前后有全站仪测量点时 ,可以用传统的抬杆法加密补充。
五、路线地形图测绘
笔者主要从事山区二级及以下公路勘测，根据公路等级特点和成本效益控制，此类公路地形图测绘不必采用高精度大比例尺实测或航测，一般采取扩放国家万分之一地形图，根据实测的路线控制工点、中桩点位高程等修正路线临近等高线，并调绘变化、新增的地物地貌的方法绘制路线地形图。对于新建路段或改建路的大型方案调整路段、大桥隧道等位置，则需实测该部分地形图予以补充。
六、山区特有限制条件下测绘的精度控制原则
对于山区低等级公路（三、四级）勘测，测区难以获得高一级控制点，或控制点难以进行附合（闭合）测量，甚至测区没有万分之一地形图的情况，控制测量可以采用全站仪支导线的形式，根据笔者对多条低等级公路的勘测实践，由于公路是连续构造物，施工放样和路线平高均是由相邻导线点逐一连续控制的，所以只要支导线连续相邻点间的平面高程误差在规定范围内，无论支导线的累积误差最终结果如何，均能满足设计和施工要求，对于没有万分之一地形图的区域，则更可采用独立坐标高程系统，并沿线手绘近似的路线地形图。
总之，在山区公路设计时，一定要从实际出发，因地制宜的灵活采用各项现代测绘技术，在确保山区公路测量的精度满足规范要求的情况下，提高测绘和整个道路设计的工作效率。
引用到的规范：
交通部部颁《公路勘测规范》 JTG C10-2007
建设部、质监局颁《工程测量规范》 GB 50026-2007