GPS-RTK技术在公路横断面测绘中的应用项目设计方案

1 术在公路横断面测绘中的应用 项目设计方案 第一章 引 言 题的目的 及 意义 随着测绘技术的快速发展， 术凭借其 (1) 不 受到地形、气候、季节等诸多因素的影响 以及 作业速度 快，不受 见度低 , 通视条件差 的影响依旧能够正常工作； (2) 定位精度 相对较 高 , 测量得到的 数据安全可靠 而且 测站 之 间 不 需要 通视。在没有已知基准点或 者是已知的 基准点 位置变化很大 而造成的控制点 不够 的地区 ，或者是 由于地形 繁杂 、 遮挡严重 而造成的通视困难地区 ， 够迅 速的、高精度定位 ； (3) 综合 作业 能力强 、 高 集成度 且容 易实现自动化。可胜任各种测量内、外业 任务 。基准站 可以 为不同用户 给出 多 类 信息输出 , 流动站使用 内置 的 软件控制系统 , 在 工作过程中 , 无需人工 干涉就 可进行整周未知数的动态初始化解算 , 使 协助 测量工作 大 大 的消减 , 作业 的 精度也 是 自动控制和记载 ,从而使 可能建成 自动化作业指挥系统 ； (4) 掌握 简便 , 对作业 的 条件 相对要求不高 , 数据传输、处理、存储能力强 , 而且和 计算机、全站仪等测量仪器 的通信方便 ； (5) 使用较少的测量人员就可以完成测量任务 , 定位 效率高 , 综合效果突出 。 收机 只 需一个人 进行 操作 , 在待测点等待 1 2 秒 就可以测量得到这个 点的坐标 ,野外工作 效率高 、 内业 方面方便 计算机 进行数据 处理 , 节 约 了时间和人力 等长处渐渐的被人们所熟知，并被应用于测绘的各个领域。 而传统的道路横断面测量方法大量使用抬杆法、水准仪皮尺法或者全站仪法（经纬仪视距法）。此中抬杆法测量横断面的精度相对来说比较低，难以得到现代工程尤其是高等级公路对测量精度的需求；水准仪皮尺法或者全站仪法的测量精度相对来说高一些，然则受到通视这个前提的限制以及需要测站上观测人员和跑尺人员的配合，降低了工作效率，工作量大，严重的制约了工程的进度及 质量。 2 研究 术在公路横断面测绘中的应用的意在怎样利用 术来解决传统的道路横断面测量中工作量大、效率低，严重限制工程进度、成本以及质量的问题。于是，研究 术在公路横断面测绘中的应用 不光具备理论意义，更重要的还在于其有非常重要的现实意义，有着很广泛的应用远景。 料调研分析 时动态差分法。这是一种新的 经常使用 的量方法， 位技术 其实 是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在 指定 的 坐标系中的三维定位 成果 ，并达到厘米级精度 。这 是 用的 重大里程碑，它的 泛起 为工程放样、地形 图的测量以及 各 类控制测量带来了新 的前景 ，极大地 抬升野外 作业 的效能 。 公路横断面测量就是测 量垂直于 公路中线方向上 的一条直线的 地形的 升沉变化的 情况，用于路基 (包 含 排水、用地 )、挡墙、防护工程设计和土石方工程量的计算等 。 大量使用抬杆法、水准仪皮尺法或者全站仪法（经纬仪视距法）， 工作量大却造成效率低下，严重的制约着工程的进度、成本以及质量。 通过查阅文献可知，采用 术作业区域内的站点之间不需要通视。天气 条件对 不成影响，可全天候进行工作而不必考虑白天还是晚上。关于测设精度方面，使用 术，点位精度可以及时的显示，而且放样每一根中桩时，测点精度大抵相同，不存在累计误差，基本大体上达到了测量精度的均匀分布。将其应在公路横断面测量中有广泛的应用前景，且适用于多种条件下的测绘工作。 设计方案的可行性分析和预期目标 行性分析 术是作为一种经常使用的 量方法，被广泛的应用于各类不同比例的地形测量当中。 1现以山东理工大学校园内的横断面测量资料作为基础数 据，使用 课题 的研究提供了基础数据和资料 。 2在观测过程中，对测量点进行合理的代码编写，并应用 序编写数据处理程序得出横断面数据 。 预期目标 1了解 术特点； 3 2总结使用 行公路横断面测绘的方法步骤以及注意事项 。 3应用 件编写出合适的数据转换程序 。 4将其与常规 公路横断面测绘相对比 ，通过 分析总结出 术在公路横断面测绘中的优势与局限，便于应用到工程项目中提高 工程进度、成本 以及质量。 第二章 相关理论 4 第二章 全 球定位系 统是（ 英文缩写，是跟着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航定位系统。 星定位测量是利用 统解决大地测量的一项空间技术。 点 利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。 有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此， 术在大地测量、工程测量、航 空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了广泛的应用，在物探测量工作中广泛普及及应用。对于物理点的放样已经不再仅仅是采用测角和量距，而是借助 航卫星信号来确定地面点的准确位置。 成 星定位系统由 3 部分组成： （ 1）空间部分、地面监控部分和用户接收设备部分。其中 空间部分是由 24 颗工作卫星组成 ,它位于距地表 20200上空 ,均匀分布在 6 个轨道面上 (每个轨道面 4 颗 ) ,轨道倾角为 55 。此外 ,还有 4 颗有源 备用 卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观 测到 4 颗以上的卫星 ,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全 球 导 航 能 力 。 星 产 生 两 组 电 码 , 一组称为 C/A 码( 一 组 称 为 P 码 (0123P 码因频率较高 ,不易受干扰 ,定位精度高 ,因此受美国军方管制 ,并设有密码 ,一般民间无法解读 ,主要为美国军方服务。 C/A 码人为采取措施而刻意降低精度后 ,主要开放给民间使用。 （ 2） 地面控制部分由一个主控站 ,5 个全球监测站和 3 个地面控制站组成。监测站均 配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据 ,包括电离层和气象数据 ,经过初步处理后 ,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据 ,计算出卫星的轨道和时钟参数 ,然后将结果送到 3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时 ,第二章 相关理论 5 把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗 星每天一次 ,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障 ,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间 ,但导航精度会逐渐降低。 （ 3） 用户设备部分 即 号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率 ,解调出 卫星轨道参数 等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内 软件 以及 据的后处理 软件包 构成完整的 户设备。 收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为 储器供电，以防止数据丢失。目 前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。 航系统的基本原理是 通过 测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离， 进而 综合多颗卫星的数据就 确定 接收机的具体位置。要达到这一目的 话 ，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出 ， 而用户到卫星的距离则通过 记录 卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到 (由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（ 当 星正常工作时，会不断地用 1 和 0 二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。 统使用的伪码一共有两种，分别是民用的 C/A 码和军用的 P(Y)码。 C/复周期一毫秒，码间距 1 微秒，相当于 300m； P 复周期 ，码间距 秒，相当于 30m。而 Y 码是在 P 码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以 50b/航电文每个主帧中包含 5 个子帧每帧长 6s。前 三帧各 10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共 15000b。 第二章 相关理论 6 而 导航电文中的内容主要 是 遥测码、转换码、第 1、 2、 3 数据块，其中最重要的 部分 则 是 星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户 之间的 距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处 的 位置，用户在 地坐标系中的位置速度等信息便可得知 。 量原理主要有两种： （ 1）码相关伪距测量原理：码相关法伪距测量是 通过调整自相关函数 值，测定测距码信号由卫星到达测站的传播时 间实现的。自相关函数的严格表达式是 01 (2式中， t 为测距码信号的传播时间； 为接收机复制码延迟； 为测距码信号； 接收机复 制码信号； T 为测距码信号周期。 自相关函数具有下述 3 种可能的状态： 1）当 t 时 ,由于两个码序列的结构相同，测距码序列与复 制码序列完全对齐 ,因而任意时刻两个码的状态相同，其乘积码恒 等于 1。这时，自相关系数也等于 1，即 TT (22） 时，即两个码序列错开一个码元。如果假定周期5，其中 7 码元乘积波形 为 +1,8 码元乘积波形为 而在一个周期 T,0 上，积分 10 (2由此，自相关函数 10 (2第二章 相关理论 7 上述结论，对于任意 均成立。 3） 时，也就是两个码序列错开不足一个码元时，若已假定5，那么自相关函数在 t 分别等于码元宽度的 1/5、 2/5、 3/5、 4/5 时的值由表 1 时，有 1/1 由于两个码序列的结构相同，因此自相关函数显然具有对称性。图 1是根据上面讨论的结果绘制的自相关函数图像。 图 2相关函数图像 表 2 时自相关函数 值 t 0 1/5 2/5 3/5 4/5 1 1 59/75 43/75 27/75 11/75 5 当卫星发射的测距码信号经过 t 秒传播时间后到达接收机时 ,接收机立刻产生出一个结构完全相同的复制码序列 ,并在时延器的控制下不断调整 ,直到 1止 即有 t ,信号传播时间 t 一旦测定 ,只要乘以光速 c ,即可获得卫星至测站的距离，但是由于其中包含卫星钟和接 收机钟的不同步误差，因此称为伪距，以记号 表示。 （ 2）载波相位测量原理 假定卫星 S 发出的载波信号，在接收机 M 处的相位为 M ，而在卫星 S 处的相位为s。那么卫星 S 至接收机 M 间的距离 就可以粗略地表示为 1/T +1 0 ut二章 相关理论 8 卫星信号 S SM M 0 0 a M 0 接收机信号 卫星信号 S a 接收机信号 卫星信号 a M b S b (2式中， 为载波的波长， M 和s均由某个起点开始，包括整周数和不足一整周数的载波相位值，其单位为周（图 2. 但是，s在实际工作中无法测得，代替的办法是有接收机的振荡器产生一个频率与初相和卫星信号完全相同的基准信号，使得任一瞬间接收机基准信号的相位就等于卫星 S 处发射的信号相位，因此 。如果接收机接到的载波信号相位为 a ，那么由卫星 S 到接收机M 间的距离 可表示成 (2图 2载波相位测量原理 在实际进行载波相位测量时，但接收机跟踪上卫星信号，并在起始历元0 相关理论 9 间进行首次载波相位测量时，所测得的相位差应包括整周部分和不足一整周部分 0F ，相位差观测值应为 0000 (2式中， 为0； 为接收机在0是，由于载波是一单纯的正弦波，不具有任何辨别标记，因此无法知道正在测量的是第几周的相位。 (2图 2载波相位测量 换句话说，0为整周未知 数（或称为整周模糊度）。而接收机在0 0F 。在0 收机电路中的计数器会自动记录从0 因此，所测得的载波相位测量值中包含整周数 F 。如果以符号表示在式中，整周数 0，而在其余各次测量值中为整数。当接收机连续跟踪卫星信号时，所测得的每个相位观测量显示含有同一整周未知数0N（图 2因此， 00 (20N 0F M 0N 第二章 相关理论 10 当卫星信号中断时，将丢失 的一部分整周数，称为整周跳变，简称周跳。而 F 是瞬时值，不受周跳影响。 基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收基准站所发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站基 线向量（ X, Y, Z） ;基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点 标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标 x,y 和海拔高度 h，这个过程称做 位过程。 据处理时基准站和流动站之间的单基线处理过程，采用基准站和流动站的载波相位观测值的差分组合载波相位，将动态的流动站未知坐标作为随机的未知参数，载波相位的整周模糊度作为非随机的未 知参数解算。 （一）系统组成 收机：能够测量到载波相位的 收机都能够进行接收 位，但是为了能够快速、准确地求解整周模糊度，双频接收机比较理想。 1）基准站发射电台：一般为外置的独立电台。 2）流动站接收电台：可以内置在接收机内部，也可以有外置的独立电台。 3）中继站电台：可以转发接收站信号，既接收基准站发送的信号有奖接收信号发送出去，一般是外置的独立电台。 于 业过程中，流动站一般由 收机和 对中杆组成，为了方便建立测量项目、建立坐标系统，设置测量形式和参数、设置电台参数实，时阅读、存储测量坐标和精度，设计放样坐标或参数、指导放样等，一般采用手持式的电子手簿比较方便。 （二） 位系统结构 位系统有一套基准站、至少一套流动站组成，必要时需要中继电台。 套基准站 收机及天线、独立的基准站发射电台及天线、第二章 相关理论 11 有可能配置的电子手簿（如果接收机无显示面板时）。由于基准站设置次数少，一般与流动站共用电子手簿，使用电子手簿设置完成基准站后，转给流动站使用。 业测量作业时，可以使用多台流动站同时作业，每 一套流动站的结构为：一套流动作业的 收机及天线、流动站接收信号的电台（有的厂家可以将其内置于 收机）及天线、设置和显示使用的电子手簿。 了扩展 业范围和距离，必要时可以在基准站和流动站之间设立中继站电台。 一载波相位测量为根据的实时差分 量， 位技术的作业原理是将基准站采集的 星载波相位测量通过调制解调器进行编码和调试，经电台数 图 3 量原理示意图 据链发射出去。移动站在对 星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也接收来自基准站的电台信号，对所接受的信号进行解调和实时分析处理，并根据卫 星星星 基准站 接收机 流动站 接收机 基准站 坐标 无线通 信设备 基准站 观测数据 无线通 信设备 实时解算 两站之间的基线 实时解算流动站 标 转换为当地 基准坐标 第二章 相关理论 12 给定的转换参数进行坐标系统的转换，只要保证有 4 颗以上的卫星香味观测值的跟踪和必要的卫星几何图形，移动站便可实时给出厘米级的定位结果。如图 2量原理示意图。 量过程一般包括：基准站选择和设置、流动站设置、中继站的设立等。 准站的观测点位选择和系统设置 （一）基准站的观测点位选择 位的数据处理过程是基准站和流动站之间的单基线处理过程，基准站和流动站的观测数据质量的好坏、无线电的信号传播质量好坏对定位结果的影响很大。野外工作时，测站位置的选择对观测数据质量、无线电传播影响很大。但是，流动站作业点只能有工作任务决定观测地点，所以，基准站位置的有利选择非常重要。 1为了观测到更好的观测数据 1）为了保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求基准站上空应尽可能开阔，让基准站尽可能跟踪和观测到所有在视野中 的卫星；在基准站 线的5 度到 15 度高度角以上不能有成片的障碍物。 2）为减少各种电磁波对 星信号的干扰，在基准站周围约 200m 的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。 3）为避免或减少多路径效应的发生，基准站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。 4）为例提高 业效率，基准站应选择在交通便利、上点方便的地方。 5）基准站应选择在易于保存的地方，以便日后的应用。 2为了数据链电台传输数据 1）由于电台信号传播属于直线传播，所以为 了基准站和流动站数据传输距离更远，基准站应选择在地势比较高的观测点上。数据传输距离和测站高度的关系式为： ）（）传输距离（ 流动站基准站 m)(24.4 第二章 相关理论 13 其中：基准站h，流动站线的高度比工作地区地面高出的部分，单位是 m。 2）基准站电台的功率越大越好：常用功率为 25W、 35W 等。 3）电台频率应选择本地区无线电使用较少的频 率，并且要求使用频率和本地区常用频率差值较大，所以要到工作区域的无线电管理委员会作调查。 （二）基准站的系统设置 基准站的设置包括：建立项目和坐标系统管理、基准站电台频率的选择、作方式的选择、基准站坐标的输入、基准站工作启动等。 1建立项目和坐标管理系统 1）建立工作项目的名称、单位的选择等 2）坐标系统管理 参考椭球的选择或椭球参数的输入 投影方式和度带选择或建立 大地水准面资料的选择 平面转换参数的输入 高程转换参数的输入等 2基准站电台频率的选择 根据对本地区无线电频率的了解，选择一种理想的频率，流动站和基准站必须使用同一个频率。基准站电台频率可以在计算机上设置和选择，当基准站电台带有显示时，可以通过面板设置。 3 作方式的选择 用电子手簿选择 作方式为 业方式。 4基准站坐标的输入 设置本站为基准站，一般将基准站置于 坐标已知的控制点上，所以可以输入已知点的点名、平面坐标和海拔高（如需要时也可以输入其他坐标系统坐标）及线高度。 5基准站 作启动 第二章 相关理论 14 以上设置完成后，可以启动 准站，开始测量并通过电台发送数据。 动站 流动站 设置包括：建立项目和坐标系统管理、流动站电台平率的选择、有关坐标的输入、 作方式的选择、流动站 作启动、使用 动站测量地形点等。 （一） 建立项目和坐标系统管理 1建立工作项目的名称、单位的选择等 2坐标系统管理 3参考基准站坐标系统管理 从带有绘图软件的 算机中将存有各种绘图要素代码的属性库文件传入电子手簿。属性是关于要素代码的一条描述信息，例如，对于要素代码“ 属性可以有种类、高度、周长和状态。在野外采集的每个“ 素代码都有各自的属性值。 （二） 流动站电台频率的选择 根据对本地区无线电频率的了解，选择一种理想的频率，流动站和基准站必须使用同一频率。流动站电台频率可以在计算机上设置和选择，也可以通过电子手簿设置。 （三） 有关坐标的输入 在电子手簿输入测区中其他控制点的坐标，一共求解坐标转换参数或作为地形测量过程中的检查点使用。 （四） 作方式的选择 用电子手簿选择 作方式为 业方式。 （五） 流动站 作启动及定位原理 以上设置完成后，可以启动 动站，开始按 动站工作方式进行实时载波相位差分定位。具体计算定位原理如下： 1 观测量：基准站和流动站之间的差分载波相位等随机观测量（一般采用双差分载波相位观测量）。 2 未知参数：随机的动态点坐标、非随机的载波相位整周未知数。 第二章 相关理论 15 3 使用最小二乘的平差计算方法： 将双差分观测方程按泰勒级数分元展开： 2211 (2其中： ，1 ，为未知点坐标的改正数； 2X，为载波相位的整周模糊度。 按最小二乘原则 ，用消元法先消去 1X ，求出 2X 。 （ 1） 如果不将模糊度整数化，带入方程求出 ，： 21 X ，此点称为浮点解。精度：分米的水平。 （ 2） 如果不将模糊度整数化，带入方程求出 ，： 21 X ，此点称为固定解。精度：为厘米级。 设 000 ，流动站坐标： 000 ，(2 于 位的数据处理过程属于计算基准站和流动站之间基线向量（坐标差）的过程 ，不存在网平差处理，所以精度评定跟静态测量基线处理的精度评定相似，一般使用以下指标： （ 1） 载波相位的整周模糊度是否固定 量规范规定流动站距离基准站的距离不超过 15为在 15据处理的载波相位的整周模糊度能够得到固定解，这样定位精度才能达到厘米级。 （ 2） 均方根 这里表示 位点的观测值精度，它是包括大约 70%的定位数据的误差圆的半径。 量中一般用距离单位（ m）表示 只有点位观测值精度达到要求时，载波相位的整 周模糊度才能够得到固定解，坐标精度才能满足精度要求。一般是哟个平面和高程两种均方根： 平面均方根 示平面坐标的定位精度。 高程均方根 示高程坐标的定位精度。 （六） 使用 动站测量地形点 第二章 相关理论 16 地形点的测量一般有以下两种方式： 一般用于测量等高线点或测量连续曲线点（如湖、水库、围墙等的边线）的坐标，这些测量的图形属性一样。 测量时设置测点的精度限差要求；设置测点按时间间隔或 距离间隔测量的间隔时间或间隔距离，输入起点点号、图形属性后开始测量。等到观测精度满足精度限差时，电子手簿按时间间隔或距离间隔记录坐标数据和测点图形属性。 2非连续地形点测量 一般用于图形属性不同、精度要求不同、无法连续测量的测点（如电线杆、下水井或上水井等）。 测量时，一般设置测点的精度限差要求、观测时间、记录测量坐标 的次数 (由于平均计算最终坐标 )，然后开始测量，等到测量次数满足时，将坐标的均值、精度及图形属性记录在电子手簿。 继站电台的设立 由于工作环境的复杂性，基准站和流动站之间 往往无法避免障碍物对电台通讯的影响，这是中继站电台可以起到比较好的补救作用：一是因为它可以接收来自基准站的信号，又可以将其发送出去供流动站使用；而是应为中继站电台只转发信号，所以不必安排在已知点上，完全可以按需要随时任意安排位置。 1中继站电台点位选择 一般将中继站电台设置在基准站和流动站之间的地势较高、可以尽可能覆盖测区的地方。中继站电台所处位置应保证其既能接收到基准站发射的信号，同时其发出的信号也能被流动站接收到。 2中继站电台设置 用计算机设置，选择中继站选项。 信号传播过程中会因为损耗而是信号 强度变弱，所以，在基准站和流动站之间使用的中继站电台个数一般不超过两台。 第三章 公路横断面测量 17 第三章 公路横断面测量 为了实现公路断面测量方法的一体化、自动化以及快速化，广大测绘工作者正在积极研究各种方法、设备，朝着这个目标不懈努力。全站仪功能的不断完善，以及新一代三维激光扫描仪的出现似乎使测量工作朝着自动化、一体化方向迈进。然而，全站仪却存在着观测误差积累、需要通视点等缺点，影响着观测质量和测量成本，而三维激光扫描仪虽然测量准确但是价格昂贵，数据量大，不便于处理。而 统的出现正好 解决了传统测量方法费时费力且误差较大的缺点以及三维激光扫描仪价格昂贵数据量大的问题，可以当场获得厘米级的三维坐标，抬升了测量效率，节约了人力财力的同时还能抬高工程进度。为公路建设过程中的横断面测量给出了一种简便快捷的测量法子。 以前的公路勘测设计方案是需要经由一系列的施工作业环节：（ 1）使用航片或已有的公路沿线的地形图进行外业的踏勘工作，从而选定出公路走向的初期计划，并根据已有资料搜寻公路附近几公里范围内已有的国家控制点；（ 2）使用全站仪进行公路沿线的地形的带状控制同时还要加密图根测量；（ 3）根据初步方案确 定的公路线路，用全站仪按照一定的宽度一定比例进行带状地形图测量；（ 4）再次利用测量的地形图进行进一步的选线设计；（ 5）借助于工程区域内的各级控制点进行路线的中线放样、边线放样，继而凭据所测地形图计算各个桩位的填挖工作量；（ 6）进行线路桥涵工程以及土石方的施工测量；（ 7）接着进行路面的铺装的施工测量；（ 8）进行线路里程桩的标定和公路竣工验收测量。 经过上面的作业环节可以了解到，在公路勘测设计的各个时期测量工作都是不能也不可缺少的重要环节的，况且同一测站的测量工作可能要重复五六次，甚至还要多一些。在野外施工的周 期占大部分，劳动强度比普通技术人员大，导致了生产的成本一直很高，大大的制约了工程的进度。 2000 年以后，因为 位技术在公路勘测工作中的大量使用，测量作业人员的劳动强度才少少的减小一些，但是对于整个野外作业的各个环节来说还是没有太大的质的变革，因此作业周期仍无明显的缩短的趋势。然而， 术日趋成熟，以及它本身就有的那些较于传统测量方法的测量高精度、快速度以及强可靠性的特质为公路勘测一体化的达成提供了强有力的保证。 在公路勘察测量方面 要是在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使用。在线路控制网的加密时使用第三章 公路横断面测量 18 因为其定位精度可以达道厘米级。 量技术包含有坐标的三维信息，可用于数字地面模型的数据收集和公路前期建设过程中的纵横断面的测量、中线放样。在中线地面位置放样的过程中，还可以顺便得倒纵断面的个各中桩的三维坐标数据。 公路的纵、横断面放样：在纵断面进行放样时，首先要把需要被放样的点的相关数据输入到电子手簿中，生成一个施工测设放样点文件，并且储存起来，便可以随时到施工现场进行放样和测设。横断面放样时，首先要确定出来横断面的形式，继而把横断面设计的相关数据用电脑输入到电子手簿中，生成一个施工测设放样点文件，储存起来，就可以随时到施工现场进行放样和测设。同时软件可以帮助我们自动地与地面线衔接，且可以利用“断面法”进行土方量的计算。使用专用的绘图的软件，可以绘制出公路沿线的纵断面以及各中桩点的横断面图来。而且所用的数据都是测量带状地形图时所采集的，因此不需要到现场进行纵、横断面测量，可以大大的消减了野外工作的工作强度。 虽然公路勘测工作步骤繁琐环节众多，但是 术应用于公路勘测工作后，便可以按照“静态 +动态”作业方式， 甚至是“定位 +放样”作业方式，以便简化作业的各个环节，达到一体化这一勘测目标。 “静态 +动态”的一体化作业方式 这种作业的方法就是将公路勘测的野外工作分为静态作业和动态作业两个不同的大环节。静态作业这一环节就是充分利用 术在建立全线基础控制网方面能提供高精度的框架，还可以为动态作业提供转换参数的特点；动态作业这一环节则是利用 术在各个工程段进行中桩以及线路放样和特征点的测量。需要流动站分工明确，如一部分负责测图，一部分负责放样。其实质就是扩大 术的应用范围，而关键则在于实 时 统的数量。数量越多，勘测效率越高。但前提是一台 准站最多可以配合 4 5 台流动站在方圆 15地区使用。 “定位 +放样”的一体化作业方式 这类作业的方式则是将公路勘察测量的工作大体分成定位作业和放样作业两个不同的大环节。首先定位作业是利用 术，在 标系统（或标系）下，流动站分别进行静态测量和实时定位。这样分阶段进行，完成整条公路的外业的测量工作，继而再经过内业数据处理软件的处理，导出待测区域的全部的需要测量的点的三维坐标及相关数据， 并且得到相应比例的工程第三章 公路横断面测量 19 区域的数字化地形图。接着就是下一环节放样作业了，则依旧使用 术，但是这是在 标系统下，按照定位作业时所给的坐标转换七参数和公路线形点的工程设计坐标，使用 统中的点位放样功能，完成全部待放样点的放样工作。这种作业的方式的效率高低依旧在于实时 统同时使用的多少。因为每个点是由两个不同的已知点进行实时检核得到的平差成果，所以各点的各项精度指标均在预先设定的工程设计标准以内，况且假如参考站坐标传递存在问题，则在成批解算的流动点位的坐标差中必然会 产生明显的变化从而别察觉。所以，整个测区所有点位的 量成果是一个精度均匀，绝对可靠的，不需进行任何的内业后处理，只要按照同平面及高程的已知点位匹配情况进行坐标转换以及高程拟合并输出测区的点位成果表，以后就可以按照转换后的坐标与高程系统输出相应的数字化地形图，最后将这些数字化地形图用在修正后的线路模型，并推算出工程建设过程中所需要进行挖填的土石方工作量。随后就能够进行 导下的线路的施工放样、各里程桩的测设及其它各阶段的测量工作。 线路横断面测 量的重中之重是在各个中桩点处测定垂直于道路中心线方向的地面升沉变化，然后绘制该中桩处的横断面图。横断面图施舍记录集横断面、计算土石方和施工时确定路基填挖边界的依据。要测量的横断面的断面宽度，是根据路基宽度以及断面出的地形确定，一般在中线两侧各 15 100m。测量过程中的距离和高度差一般需要精确到 能达到工程开工的标准了。 （一） 横断面方向横断面坐标系 在线路笔直的横断面方向及与道路中线相垂直的方向，如图 3的 A、Z( Y(处的横断面的方向分别是 、 和 。圆曲线段上里程桩 21 P、P 等的横断面方向英语该点的切线方向垂直 ,及该店指向圆心方向的221 、 等 （二）横断面坐标系 建立的横断面的坐标系，和及建立用各个里程桩为坐标原点，用里程桩的切线方向为 X 轴，法线的方向为 Y 轴的临时坐标 系统，使用全站仪在工程坐标系中测得的 X 值即为偏离 Y 轴（横断面的方向）的值，测得的 Y 值即为离 X 轴的距离（即至中线的垂直距离），横断面坐标系如图 3示，将工程测量坐标系中的任意一点)Y(X 转换成该里程桩的横断面坐标系中的坐标： 第三章 公路横断面测量 20 Y 路线中线 X O ) c o ) s i s i ) c o (3图 3线横断面方向测设 上述公式中，0X、0Y为横断面中线里程桩在工程测量坐标系中的坐标值； 为测量坐标系 X 轴与断面坐标系 X 轴的夹角，即里程桩切线的方位角。 图 3断面坐标系 a A a z Z (z 1p 2p P 2p(2p p o Y y (y 第三章 公路横断面测量 21 统就是包含基准站和流动站这两大部分的一种 量系统。基准站经由数据链及时的将收集的载波相位观测量和测站坐标改正信息一起发送给流动站，基准站在收到 号，同时进行载波相位测量，经由数据链将载波相位观测量的观测值、卫星的跟踪状态以及测站坐标信息一块儿传递给移动站；移动站经由数据链收集来自基准站的数据，继而使用 制器内置的随机及时数据处理软件与本机收集的 测数据构成差分观测值进行及时处理 ,及时输出待测点的坐标、高程和实测精度 ,然后将实际测量精度与预先设计精度标准进行对比 ,一旦 实际测量精度达到标准，电子手薄就将提醒测量人员纪录这个点的三维坐标和精度等信息。 位技术便是在载波相位观测值的实时动态定位技术基础上的一种技术，它可以实时地供给测站点在特定坐标系中的三维坐标，并达到 的精度。实时动态差分 基准站、流动站和实时动态差分软件系统三部分组成，在 业模式下，基准站经由数据链将它的观测值和测站坐标信息一块儿传输给 流动站，流动站不但要经由数据链收集来自基准站的数据，还要收集 而在体系内组成差分观测值进行及时数据处理，只要有四颗以上卫星被跟踪并持续接收到的相位观测值和必要的几何图形，流动站就能测量得出厘米级的定位数据。 术大大抬高了断面测量的速度和质量。横断面测量工作进行前，需要在在手持式电子手簿上使用直线放样的方法设定工程设计断面线。数据收集时，被实时测量的点的点位以及三维坐标将实时显示在电子手簿屏幕上，并实时提醒外业测量人员偏离断面线的方向和距离，从而方便测量人员将要测量的断面点位 改正到断面线上。这种方法能够直接测定断面点的三维坐标，定位迅捷（几秒钟即可采集一断面点坐标数据）而准确切、不像全站仪似的存在误差积累那样的系统误差，而且可以多台移动站同一时间共同运用一台基准站在基准站电台覆盖范围内进行野外测量任务，因此比常规断面测量方法具有很大优势，节省更多的人力、物力、财力。 第四章 术在横断面测量中的应用 22 第四章 需仪器和资料 需仪器 南方测绘的 套，包括基准站一台，流动站若干（根据工程需要可以使用 1 5 台），三脚架一个，大天线一 个，对中杆若干（数量同流动站数），电瓶一个，外接电台一个，基座一个，小钢尺一个，电子手簿一台，数据线以及电源线等。 待测地区已知控制点坐标以及工程坐标系坐标，公路中桩线路图 术在横断面测量方面有着很大的先天技术优势。首先利用 动站测出中桩各点的坐标；继而在进行横断面测量之前，就可以提前在电子手簿上选用直线放样的方法事先按照设计要求设定断面线；接着，进行测量和放样的过程期间，可以将要测量的点位置实时的显示在电子手簿屏幕 上并给出相应的三维坐标等信息，并提醒外业测量人员待测量横断面点偏离横断面线的方向和距离，一边辅助测量员实时改正横断面点的点位位置。这种方法的优点是可以快速测定横断面测量点的三维坐标，定位迅速且不受地形遮挡影响，不存在累积误差，而且最重要的两点是可以同时多台流动站进行测量以及人力资源利用率高。