GPS_RTK与全站仪在道路工程测量中的应用比较

测绘与空间地理信息

GEOMATICS&SPATIALINFORMATIONTECHNOLOGY

Vo.l33,No.3

Jun.,2010

GPS-RTK与全站仪在道路工程测量中的应用比较

王福学,马宗海

1

2

(1.黑龙江测绘局教育中心,黑龙江哈尔滨150025;2.黑龙江省水利水电勘测设计院安达分院,黑龙江安达151400)

摘要:主要分析比较了GPS-RTK与全站仪的测量结果,对道路工程测量实际生产具有指导意义。

关键词:GPS-RTK;全站仪;道路工程测量;应用比较

中图分类号:P228.4󰀁󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁󰀁文章编号:1672-5867(2010)03-0179-03

ApplicationComparisonofGPS-RTKandTotalstationin

RoadEngineeringSurvey

WANGFu-xue,MAZong-hai

1

2

(1.EducationCenterofHeilongjiangBureauofSurveyingandMapping,Harbin150025,China;

2.AndaBranchofHeilongjiangSurveyandDesignInstituteofWaterConservancyandHydropower,Anda151400,China)Abstract:ThispapermainlyanalyzedthemeasurementresultofGPS-RTKandtotalstation,whichwasofguidingsignificanceinpracticalproducingofroadengineeringsurveying.

Keywords:GPS-RTK;totalstation;roadengineeringsurvey;applicationcomparison

0󰀁引󰀁言

本文基于笔者多年从事测绘的工作经验,结合曾经参与的道路工程,以工程前期几个主要工程部位的测量结果为依据,研究探讨了GPS-RTK与全站仪在道路工程测量过程中的应用,并比较分析了两者的测量结果,详细比对了GPS-RTK、全站仪在道路工程测量中的使用方法并给出分析结果,望本文能对道路工程测量中仪器的使用及测量方法的研究起到一定的推动作用。关于GPS-RTK的缺点、使用中存在的问题;全站仪的原理、现状等本文不作过多讨论,读者请参阅其他相关文献。

3)桥涵工程大、中、小桥梁及涵洞。4)路面工程5)截污干渠

2󰀁仪器使用

本次测量使用的GPS-RTK采用中海达品牌V8CORSRTK系列仪器,该系统采用超长距离RTK技术,第三代GPS卫星L5信号接收技术,预留GLONASS信号通道可升级为双频双星系统。静态后处理精度:平面, 2.5mm+1ppm;高程, 5.0mm+1ppm;RTK定位精度:平面, 1cm+1ppm;高程, 2cm+1ppm。全站仪采用拓普康品牌GTS-332W型号;测角精度: 2!;测距精度: (2mm+2ppm∀D)。

1󰀁工程概况

昆明市环湖南路工程项目,路线位于昆明市呈贡县、晋宁县和西山区境内,起点K0+000马金铺,止点K40+471.078位于海口附近,道路工程分主线、景观步道两条道路,主线全长40.47km,等级为I级主干道,景观步道全长24.71km,为󰀂级次干道。内容包括:

1)路基土石方量挖方、填方。2)软基础工程CFG桩、碎石垫土层、土工格栅。

收稿日期:2009-12-24

3󰀁测量实施

采用GPS静态观测进行E级网首级控制,加密GPS

点53个,复测已知点14个,各项操作严格按照GPS测量规范要求施测。后期使用中海达自带解算软件HDS2003经过基线处理和平差解算,GPS网的同步环坐标分量闭合差、最弱点点位中误差、最弱边相对中误差、边长相对中误差等项精度指标均符合规范要求,复测成果与原成果

作者简介:王福学(1980-),男,黑龙江哈尔滨人,助理工程师,主要从事测绘外业教学工作。

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󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

测绘与空间地理信息󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年

相差甚微。并对所有加密的GPS点按照四等水准测量规范测量。使用北京山维平差程序进行水准平差计算,获得最后的加密点平高成果。

3.1.4󰀁比󰀁较

全站仪法一受限于逐桩进行放样、逐桩进行测站设置(点号、高程)、定向等因素,此方法还存在测站定向误差、放样误差等因素;全站仪法二受限于逐桩设置仪器高度、定向、人工记录数据、内业人工录入成果等因素。同时受施工现场复杂地形影响(便道填筑高度、施工机械停放位置、清表垃圾堆积等)会出现断面观测不通视的情况。

3.1󰀁横断面复测比较

横断面复测的主要目的是计算填方、挖方土石量、核实工程量等。下面以K14+540断面为例加以探讨。

3.1.1󰀁GPS-RTK测量

1)测量方法

将设计中桩坐标传输入RTK手簿后,行至K14+540里程工程便道附近,使用中海达RTK手簿HDPOWER软件的#点放样∃功能放样出K14+540中桩位置后实测该点高程并记录,再使用中海达RTK手簿HDPOWER软件的#交点法定线∃程序确定横断面左侧延长线方向,并实测记录路线中地形变换点的点位坐标,横断面右侧路线断面测量同左侧。

2)内业处理方法

内业软件使用南方CASS7.1for2004版,依次点击菜单栏中绘图处理\\展野外测量点点号,将RTK测量所得的点位坐标展绘到cass图上,再依次点击菜单栏中工程应用\\绘制断面图\\根据已知坐标,提取刚刚展绘的坐标点,程序自动生成断面图。

3.2󰀁坡脚线放样比较

坡脚线放样的主要目的是控制路基路面宽度、控制各层(碎石土、基层、片石、结构层、面层等)的高度。本例仍以K14+540断面为例。

1)GPS-RTK测量方法(如图1所示):使用中海达RTK手簿HDPOWER软件#交点法定线∃程序在断面OA延长线上大于设计路面OA长度的大至位置B处,实测该点位高程,利用B点实测高程与A点路面设计高程计算高程差值。

3.1.2󰀁全站仪法一(极坐标法)

1)测量方法

出测前先将K14+540附近的成对控制点A17,A16坐标及其他中桩坐标一并传输入全站仪中,在A17处架设全站仪,设置测站点、定向点、仪器高度、棱镜高度、棱镜常数、温度、气压等信息,使用A16点定向无误后,进入放样程序后调取K14+540点及其他点位坐标并放样,在放样点位做好标记。再将仪器迁站架设到K14+540处,重复测站设置工作,此时为了确定断面方向宜使用该断面临近点位如K14+560进行0%定向(因断面间距为20m,故忽略断面中心点落在曲线上的情况,将断面与中心线夹角统一定义为90%)后,再将仪器旋转90%及270%分别对横断面左幅、右幅进行断面变换点坐标测量并自动记录坐标值。

2)内业处理方法同GPS-RTK方法。

图1󰀁GPS-RTK测量示意图

Fig.1󰀁SchematicdiagramofGPS-RTKsurveying

&ab,按照1∋1.5的坡度比计算出C点水平距离增量&ac,B点高程对应的距离在RTK测量结果中能够直接显示,再计算理论坡脚C点与实测B点的放样距离偏差&bc后按距离偏差值重新放样,直至确定D点坡脚的实际位置和高程,并定桩。其过程大致为实测(自动计算(实测(自动计算。

2)全站仪法:在控制点上架设仪器,设置测站、定向结束后,先使用CASIO4800计算器的XY-2程序计算出A点的坐标,再在全站仪中录入A点坐标并使用全站仪的放样功能放样出O点、A点位置,再按照OA的延长线方向任意测得B点的高程,再利用B点实测高程与A点路面设计高程计算高程差值&ab,按照1∋1.5的坡度比计算出C点水平距离增量&ac,B点高程对应的距离可使用全站仪自带的对边测量程序测得,再计算理论坡脚C点与实测B点的放样距离偏差&bc后按距离偏差值重新放样,直至确定D点坡脚的实际位置和高程,并定桩。其过程大致为人工计算(放样(实测高程(实测距离(人工计算(实测,反复2~3次人工计算、实测过程。

3)比较:全站仪法受限于反复人工计算、全站仪数据录入、放样,放样速度慢等因素。

3.1.3󰀁全站仪法二(只测量高程、距离)

1)测量方法

在事先RTK已经放得的逐桩中桩点位架设仪器,设置测站高度(高程已测得)、仪器高度、棱镜高度等参数,再利用临近的中桩点位定向(定向原则同全站仪方法一),再将仪器旋转90%及270%分别对横断面左幅、右幅进行断面变换点距离、高程的测量并记录在观测手簿上,格式为# 距离,高程∃。

2)内业处理方法将实测距离、高程值手动录入为*.hdm文件,打开CASS7.1,依次点击菜单栏中工程应用\\绘制断面图\\根据里程文件,提取刚刚录入的*.hdm文件,程序自动生成断面图。

3.3󰀁桥桩放样比较

本段落所述内容为本次工程中的个性问题,但也是在控制测量中普遍存在的共性问题,望能引起读者注意。

第3期王福学等:GPS-RTK与全站仪在道路工程测量中的应用比较181

本次首级控制网受工程路线走向、红线占地范围外多为大面积农用大棚、点位选择空间小等因素的影响,网形为自西北至东南向的窄带状,网图效果不好。本次首级控制中采用E级控制加密,静态观测时间为1h,测得点位最大中误差0.0015m,最小边长相对中误差为1∋444135,最大边长相对中误差为1∋8011555,满足规范要求,平均边长300m,边长相对中误差为1∋23081,限差为1∋20000,最大边长相对中误差为1∋1931426,最大同步环闭合差A8-A9-B2闭合环为14.87ppm,限差为15ppm,最弱点点位为B2,最弱点平面中误差为0.0179,满足规范要求。A8,A9,B2三点的精度虽满足了规范要求但网形接近了线形并且限差也接近规范临界值,又因K16+600至K17

+100路段的小渔村大桥在A8,A9,B2三点控制范围内,为提高小渔村大桥的施工精度,笔者使用两台全站仪分别在A8,A9两点设站,均使用B2定向分别对小渔村大桥共计20个承台的近100个桥桩进行了桥桩桩位放样测量,并比对了同一桥桩的两个放样点点位偏差,效果不理想,最大偏差达到了近7cm,平均偏差为4.2cm,不能满足桥桩放样的施工规范要求。为了提高小渔村大桥的施工精度,重新对控制网进行了局部控制加密,为了提高网图质量又加测了B7点,后重新解算A8,A9,B2坐标,此次解算精度较高,基线最弱边相对中误差为1∋135491,最弱点平面中误差为0.0011,并核对了原坐标、新坐标坐标偏差,比较见表1。

表1󰀁原坐标与新坐标坐标偏差比较表

Tab.1󰀁Deviationcomparisonoforiginalcoordinateandnewcoordinate

点号A8A9B2

原X坐标632950.067633290.571633087.296

新X坐标632950.073633290.563633087.291

偏差/mm+7-8-5

原Y坐标985186.43985356.09985282.07

新Y坐标985186.42985356.07985282.06

偏差/mm-14-17-11

󰀁󰀁从表1中新旧两套坐标比较结果可看出Y值的偏差

较大,分析得出受整个控制网网形及整体平差解算的影响,局部地区的控制精度略微出现偏差是合理的,但是针对该区域要建造500m长的大桥,工程测量精度必须要提高一个等级。现使用新坐标采取如上的同样方式重新对各个桥桩进行放样,同时RTK基站架设在距小渔村大桥2.5km处的高等级控制点上,使用RTK也对同一桥桩进行放样,两台全站仪一台RTK对同一桥桩的放样偏差90%以上的偏差均在1cm以内,比对放样结果很理想。综上所述,在长距离带状首级控制测量中,最弱边的精度问题还是比较突出的,尤其是对局部工程的测量精度影响较大,而全站仪的测量精度又溯源于首级控制的网形布控方法、观测方法、解算精度等因素,故全站仪进行放样时受限较大。而RTK基站合理的架设、RTK长距离差分测量能避免类似事情发生,且完全能够满足控制范围内的任意局部测量精度。

省力、提高工作效率和节省工程费用等优点比较明显,虽然RTK也存在着一定的缺点,但笔者认为随着GPS-RTK技术难关的攻破,国产仪器自主知识产权的成熟,移动信息技术在RTK中的融合,仪器价位的走低以及观测精度、速度的提高,RTK能够为工程测量提供更高的测量精度,能够创造更好的社会效益,普及速度会越来越快。

参考文献:

[1]󰀁李玉潮.工程测量[M].哈尔滨:哈尔滨地图出版社,

2007.[2]󰀁徐绍铨,张华海,杨志强,等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1998.[3]󰀁国家测绘局测绘标准化研究所.GB/T18314-2009全球定位系统(GPS)测量规范[S].北京:中国标准出版社,2009.[4]󰀁中国有色金属工业协会.GB50026-2007工程测量规

范[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.[5]󰀁中交第一公路勘察设计研究院.JTGC10-2007公路勘

测规范[S].北京:人民交通出版社,2007.

4󰀁结束语

该道路工程应用中GPS-RTK、全站仪的应用比较表明:RTK测量成果能够达到工程测量规范的要求,省时、

[责任编辑:王丽欣]

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