浅析GPS公路勘测一体化技术

　　摘要：GPS技术在公路勘测中应用具有巨大的优越性,本文主要探讨了GPS公路勘测一体化技术问题，通过该技术可以使得扩大RTK技术的应用领域的同时，也优化公路勘测的作业环节，提出的公路勘测“静态+动态”的一体化作业方式有利于高速公路勘测技术发展。
　　关键词：高速公路勘测，GPS测量，RTK技术
　　1引言
　　实现测量方式的自动化、一体化、一直是测绘工作者追求的目标。全站仪的问世和其功能的不断完善，已使测量朝着自动化、一体化方向迈进了一大步，但全站仪的弱点在于它要求测站点与照准点间彼此通视，并且测程也有一定的限制，在很多情况下，因为通视的原因不得不采用十分复杂的观测方案，通过构成某种图形来间接地确定它们的相对位置，这种作业方式不但耗费大量人力、物力和时间，还由于观测误差的积累大大降低了观测成果质量。全站仪自身存在的弱点，正好是GPS定位技术的长处[1]。GPS测量不分测站点与照准点，不需要各测站之间的通视，只要求各点能同步跟踪GPS卫星信号就可确定各点之间的相对位置。GPSRTK系统的问世，使得作业员可以现场获取测点厘米级精度的三维坐标，这就为测量方式一体化的实现提供了可能。
　　2公路勘测一体化的构想
　　随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化是现代公路勘测设计的总体目标，也是目前影响公路设计技术发展的“瓶颈”所在。显然要实现这一总体目标，关键还在于要首先实现公路勘测的一体化。
　　传统的公路勘测设计需要经过以下一系列施工作业步骤：(1)利用航片或公路沿线的旧地形图进行踏勘，选出公路走向的初步方案，并寻找沿线两侧几公里范围内已有的国家控制点；(2)用全站仪进行沿线带状控制和加密图根测量；(3)根据初步方案确定的线路，用全站仪按一定宽度进行带状地形图测量；(4)利用地形图进行选线设计；(5)借助于各级控制点进行中线、边线放样，然后计算各个桩位的填挖工作量；(6)线路土石方、桥涵工程施工测量；路面铺装施工测量；里程桩标定和公路竣工验收测量。
　　由以上作业步骤可知，测量工作在公路勘测设计的各个阶段都不可缺少，而且同一测站要重复工作五六次，甚至十来次。野外施工周期较长，劳动强度较大，生产成本居高不下。近十多年来，由于GPS定位技术在公路勘测系统中的普及，测量作业人员的劳动强度有所减轻，但是整个野外作业步骤并没有太大的触动，因而作业周期仍无显著的缩短。具体地说，只是将上述带状控制和加密图根测量用GPS静态控制网所取代而已，额外增加了一项坐标系统转换与高程拟合工作。市场上推出RTK技术后，公路勘测部门迅速推广应用于中线、边线放样，免除了各个桩位的填挖工作量计算工作，对生产效率的提高有比较明显的作用，但是对公路勘测设计作业的流程仍无根本性的变革。
　　进入新世纪以来，GPSRTK技术逐渐趋于成熟，它所具有的商精度、快速度和强可靠性为公路勘测一体化的实现提供了强有力的保障[2,3]。公路勘测一体化的构想主要体现在两个方面：其一，扩大实时GPS测量技术的应用领域。也即让RTK系统承担公路勘测作业的绝大部分项目，如低等级控制点加密、带状地形图测绘、各种施工测量放样、纵横断面测量、线路土石方、以及竣工验收测量等。其二，简化公路勘测的作业环节。也就是充分发挥GPSRTK技术优势，在测量实施中精心安排，将公路勘测工作分为“静态+动态”两个环节或者分为“定位+放样”两个环节，每一环节均只通过一次外业测量过程予以全部完成。
　　3公路勘测一体化的实现
　　3.1扩大RTK技术的应用领域
　　RTK技术在公路勘测方面主要用于低等级控制点的加密、数字地面模型的数据采集、中线放样、纵横断面测量等方面。由于其定位精度可达厘米级，因此能够用于线路控制网的加密。RTK测量包含有三维信息，可用于数字地面模型的数据采集、中线放样以及纵横断面测量。在中线平面位置放样的同时，可获得纵断面。
　　（1）大比例尺带状地形图测绘。高等级公路选线多是在大比例尺带状地形图上进行，采用传统方法测图，先要布设大量的图根加密控制点，然后在图根控制点上安置仪器用图解法测绘地形图。这种方法工作量大速度慢，花费时间长。采用RTK技术进行地形图测绘，不需要点间通视，减少测量层次。
　　（2）公路选线与中线放样。在公路设计与施工中，公路选线和定线测量是一项十分重要的工作，既要满足勘测设计规范要求的精度，又要本着尽量少占用农田和少拆迁房屋并尽量利用旧路路基这样一个原则。公路选线一般采用图纸上定线和现场勘察选线两种方式。为了快速而准确地设计好道路中线，我们可以利用GPSRTK技术，选择公路GPS网中某一个控制点作为基准站，用车载GPSRTK接收机作为流动站，沿原路中线按一定间隔采集数据，遇到重要地物，准确定位，最后将数据传入计算机，利用AutoCAD软件可以方便在计算机上选线。
　　（3）道路的纵、横断面放样。级断面放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中f如：各交坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。横断面放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测发放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。
　　3.2优化公路勘测的作业环节
　　虽然公路勘测工作环节众多，十分繁杂．但有了GPSRTK技术后，可以按照“静态+动态”作业方式，甚至可以按照“定位+放样”作业方式，以简化作业环节，实现一体化勘测目标。
　　(1)实施“静态+动态”的一体化作业方式
　　该作业方式是将公路勘测工作分为静态作业和动态作业两大环节。静态作业是利用GPS技术建立全线基础控制网，提供高精度的框架．并为动态作业提供转换参数；动态作业就是利用RTK技术，分段测量放样。要求流动站分工明确，如有的负责测图，有的负责放样。其实质在于扩大RTK技术的应用范围．其关键在于实时GPS系统的数量。数量越多，勘测效率越高。
　　(2)实施“定位十放样”的一体化作业方式
　　该作业方式是将公路勘测工作分为定位作业和放样作业两大环节。定位作业是利用GPSRTK技术，在WGS84坐标系统下，流动站分工进行静态测量(包括已知点联测)和实时定位(如碎部点测定)。如此分段推进，完成全线外业数据采集，再通过内业数据处理，输出测区的所有待定点的成果表，并输出相应的数字化地形图。放样作业仍然是利用GPSRTK技术，此时是在国家坐标系统下，根据定位作业提供的转换参数和公路线形点的设计坐标，调用RTK系统的放样功能，完成所有放样工作。该作业方式的效率同样在于实时GPS系统的数量。
　　4结语
　　本文提出的公路勘测“静态+动态”的一体化作业方式，在国道改造中已进行了部分试验，完全符合测量规范要求，且具有比全站仪更好的优越性，随着RTK系统价格的降低及其功能的不断完善，两种作业方式都会在公路勘测中发挥更大的作用。毫无疑问，按新的生产工艺流程将大大缩短道路勘测设计与施工的周期，降低作业人员的劳动强度，并成倍地降低生产成本，在现代公路勘测实践中值得进一步的研究和推广。
　　参考文献：
　　[1]邹时林,赵吉先.公路GPS控制网建立方法的讨论[J].勘察科学技术,2002(6)
　　[2]雷华.公路GPS平面控制网的建立[J].云南交通科技,200016(1)
　　[3]王劲松,陈正阳,梁光华.GPS一机多天线公路高边坡实时监测系统研究[J].岩土力学