地形复杂山区非等级公路改建毕业论文.docx

地形复杂山区非等级公路改建毕业论文目 录第1章 前言31.1 研究目的和意义31.2 相关技术发展现状31.2.1 地形测量技术发展现状31.2.2 土石方量计算方法发展现状31.3本文研究内容和思路安排3第2章 工程概况32.1 项目概况32.2 测区概况32.3 已有资料32.4 作业要求3第3章 控制测量33.1 控制测量实施方案33.1.1 控制测量作业方法概述33.1.2 采用GPS建立测量控制网方法实施33.1.3 GPS测量系统作业模式33.2 GPS控制网的技术设计与优化33.2.1 GPS控制网的技术设计33.2.2 GPS控制网优化设计33.3 GPS控制测量与数据处理33.3.1 GPS控制测量外业实施33.3.2 GPS控制测量内业数据处理33.4 控制测量成果分析33.4.1 控制测量成果展示33.4.2 控制测量成果分析3第四章 碎部测量与成图34.1 碎部测量方法概述34.2 基于全站仪的碎部测量34.2.1 依据规范34.2.2 仪器安置及测站检核34.2.3 野外碎部点数据采集34.3 内业地形成图34.3.1 数字测图内业成图方法概述34.3.2 数字测图内业成图作业步骤34.3.3 等高线的绘制和平滑处理3第5章 公路沿线土石方量的计算35.1 土石方量计算方法原理35.1.1 土石方量计算方法概述35.1.2 断面法35.1.3 方格网法35.1.4 等高线法35.1.5 不规则三角网法（TIN）35.2 不同土石方计算方法分析总结3结 论3致 谢3参考文献3附件一3II第1章 前言1.1 研究目的和意义随着国民经济建设的快速发展，公路建设项目越来越多，同时，对原有公路进行改建再加以利用的工程项目也越来越多。但是，所有工程建设项目都必须以社会与经济效益为依据，按照自然条件和预期目的，进行规划设计。公路改建初测的主要任务就是绘制原有公路沿线两边一定范围内的地形图，然后再根据所绘制的地形图计算规划设计路线施工建设涉及到的土石方挖填方量以及公路两边的地形地物情况等因素，最终确定一条最为经济合理的公路改建路线。 在地形复杂山区，由于受到各种地形地物限制，测量工作展开尤为困难。研究使得最终测量成果能够满足线路规划设计以及工程施工建设要求的同时，能够方便测量工作顺利展开，减少测量工作劳动强度，缩短测量工作周期的测量作业方法和理论技术，越来越受到人们的重视。同时，土石方量的计算是工程费用概算及方案选择的重要因素，其计算的准确度直接影响到规划设计线路的合理度。故工程施工前的设计阶段必须对土石方量进行预算，工程施工后的竣工阶段必须对土石方量进行结算。但是，土石方量的计算方法繁多，每种方法适用的范围不同，不同方法对同一种地形的计算结果也不同。如果计算结果与实际情况相差过大，则所进行的土石方量计算工作就达不到预期的目的。因此，寻找一种适合地形复杂山区公路这种地形复杂、地面高程相差大、地形图呈带状分布的土石方量计算方法就显得格外重要。1.2 相关技术发展现状1.2.1 地形测量技术发展现状近年来，随着测绘科技的飞速发展，我国地形测量的技术面貌发生了深刻的变化，早已摆脱了传统的小平板白纸作业模式，进入了数字测图时代，并取得了很大成就。目前，最常用的地形测量方法是基于全站仪的数字测图方法和基于GPS-RTK测量技术的数字测图方法。在我国，这两种测量方法都已发展成熟并得到了广泛的应用。特别是后者，由于其无需通视，易于克服地形障碍和远距离工作的特点，特别适用于地形复杂地区的地形图绘制。 1.2.2 土石方量计算方法发展现状 目前，我国土石方量计算方法发展比较成熟，常用的方法主要有DTM法、断面法、方格网法、等高线法等。基本上能够满足各种地形的土石方量的计算，并且实现了自动化。我国目前有多款土石方量计算软件，如南方测绘公司根据Auto CAD制图软件开发的南方CASS7.0成图系统就能够实现上述几种方法的土石方量计算的自动化。1.3本文研究内容和思路安排本文研究的主要内容是鉴于复杂山区公路沿线的地形特征，详细介绍适合此地形特征的地形测量的作业方法和流程,包括控制测量和碎部测量两部分。同时，根据毕业实习的测量成果分析对所采用的方法进行改进，并提出合理性意见。此外，通过对各种土石方量计算方法进行详细讨论，再通过彼此之间的比较，得出适合地形复杂山区公路沿线土石方量的计算方法。第2章 工程概况2.1 项目概况据勘探发现，在成都市邛崃某地区有一富卤矿区，但是该矿区位于深山处，与外界的连接仅有一条宽度不足3m的非等级公路，无法满足矿区基地建设和大型相关设备的运输需求。为了解决该问题，相关开发单位决定，在原有非等级公路基础上对其进行修缮、拓宽。本次测量工作即是为满足该公路的改建设计和施工需求而展开的，需要绘制原公路两侧30 m 以内带状地形图和矿区周边地形图。同时，由于该公路位于地形复杂的山区，公路两边的地形地物复杂，地面高程相差较大，公路改建施工可能所涉及到的挖、填方量巨大，为了选取一条最为经济合理的改建路线，还要根据所绘制的地形图来计算挖、填方量。2.2 测区概况此次工程项目位于平均海拔约700m的成都市邛崃市道佐乡，需要进行拓宽改建的非等级公路宽度约为3m，水泥地面。该路段长度约5km ，段首距离最近乡镇约10km，段尾直接连接到规划矿井区域。该公路位于地形复杂山区的半山腰上，公路两边地形地物复杂，地面高程相差大，地面覆盖着大面积的竹林，少数路段为耕地，并有少许的房屋和坟墓等设施，通视情况较差。 规划矿井区域位于该路段的末端处旁边的一座小山上，高度约为100m，矿井口距离公路约500m。矿井周围区域地形较陡，有大量高差较大的陡坎。地类主要为耕地，有小面积的灌木林，通视情况良好。2.3 已有资料由于该地区地处偏僻，测区地形资料严重不足，仅有该地区1:10000地形图一副，无法满足线路改建的规划设计要求以及土石方量的计算精度。测区附近未发现坐标已知控制点。2.4 作业要求 本次作业的目的是绘制该公路沿线和规划矿井区域的比例尺为1:200数字地形图。测量范围为公路沿线两边30m以内，并应记录地形上所有地物，包括房屋、坟墓、输电线路等设施。再根据所测地形图计算公路改建和矿区基地建设涉及到的土石方挖方和填方量。第3章 控制测量3.1 控制测量实施方案3.1.1 控制测量作业方法概述一般在控制测量中可以采用两种作业方法。一种是采用传统测量方法（如全站仪测量），另一种是采用GPS布网方法。在本项目中，由于缺乏已知控制点，且工程项目没有特殊要求，因此采用的是独立坐标系。在传统测量方法中，要求相邻两控制点之间彼此通视，如果在本项目中采用常规测量方法，则由于路线较长、通视情况较差，不仅使得测量工作费时费力，而且由于误差累计，将使得控制测量达不到精度要求，从而最终影响整个图幅内容的精度。 因此，在项目控制测量中采用的是GPS布网方案。采用GPS建立测量控制网具有以下几个优点。（1）定位实时快速，天气影响较小，可以全天候工作；（2）精度高，平面控制与高程控制同步完成；（3）GPS控制点之间无需相互通视，易于克服地形障碍，而且网的图形结构也比较灵活，所以选点工作远较传统控制测量的选点工作简便；（4）控制点数量较常规控制测量少得多，内业数据处理方便。3.1.2 采用GPS建立测量控制网方法实施GPS测量工作总的原则是，在满足精度要求的情况下，尽可能地减少经费、时间、和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作都要精心设计和实施。Trimble静态测量系统GPS测量的工作程序如下图（图3-1）：图3-1 Trimble静态测量系统工作流程3.1.3 GPS测量系统作业模式 GPS测量的作业模式是指利用GPS定位技术，确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它主要由GPS接收设备的软件和硬件来决定。不同的作业模式其作业的方法和观测时间亦有所不同，因此亦有不同的应用范围。本次控制测量采用的是静态相对定位模式。1作业方法采用三台Trimble静态接收机，分别安置在一条（或数条）基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按静态GPS测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段从30分钟至几个小时不等。2定位精度基线测量的精度可达（3mm1ppmD），D为基线长度，以公里计。3作业要求采取这种作业模式所观测的独立基线边，应构成闭合图形（如三角形、多边形），以利于观测成果的检核，增强网的强度，提高成果的可靠性和精确性。3.2 GPS控制网的技术设计与优化3.2.1 GPS控制网的技术设计GPS网的技术设计是GPS测量工作实施的第一步，是一项基础性工作。这项工作应根据网的用途和用户的要求来进行，其主要内容包括精度指标的确定，网的图形设计，基线长度和网的基准设计。1测量的精度标准对GPS网的精度要求，主要取决于网的用途。精度指标通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示，其形式为 (3-1)式（3-1）中，表示网中相邻点间的距离误差，表示与接收机设备有关的常量误差，表示比例误差（ppm），表示相邻点间的距离（km）。据GPS网的不同用途，其精度可划分为如表3-1所列的五类标准。表3-1不同级别GPS网的精度标准 类别测量类型常量误差（mm）比例误差(mm)A地壳形变测量或国家高精度GPS网50.1B国家基本控制测量81C控制网加密，城市测量，工程测量105D控制网加密，城市测量，工程测量1010E控制网加密，城市测量，工程测量1020在GPS网总体设计中，精度指标是比较重要的参数，它的数值将直接影响GPS网的布设方案、观测数据的处理以及作业的时间和经费。在实际设计工作中，用户可根据所作控制的实际需要和可能，进行合理地制定。既不能制定过低而影响网的精度，也不必要盲目追求过高的精度造成不必要的支出。2网的图形设计网的图形设计虽然主要决定于用户的要求，但是经费、时间和人为的消耗以及所需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的设计有关。对此应当充分加以顾及，以期在满足用户要求的条件下尽量减少消耗。为了满足用户的要求，设计的一般原则是：（1）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。（2）GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个（不足时应联测）且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。（3）GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或相当精度的方法)进行联测，或在网中设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。（4）为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。（5）为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大干300米。根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定的几何图形。图形的基本形式有以下几种：三角网、环形网、星形网，其图形如下所示 （a）三角形网 （b）环形网 （c）星形网图3-2 GPS 网基本形式在本次测量中采用的是三角形网。3基线长度GPS接收机对收到的卫星信号量测可达毫米级的精度。但是，由于卫星信号在大气传播时不可避免地受到大气层中电离层及对流层的扰动，导致观测精度的降低。因此在GPS测量中，通常采用差分的形式，用两台接收机来对一条基线进行同观测。在同步观测同一组卫星时，大气层对观测的影响大部分都被抵消了。基线越短，抵消的程度越显著，因为这时卫星信号通过大气层到达两台接收机的路径几乎相同。因此，对于本项目而言，在设计基线边时以1公里范围以内为宜。基线边过长，一方面观测时间势必增加，另一方面由于距离增大而导致电离层的影响有所增强。4网的基准在全球定位系统中，卫星主要视作位置已知的高空观测目标。所以，为了确定接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置通常归化到统一的地球坐标系统。现在全球定位系统采用的WGS84坐标系统，是一个精确的全球大地坐标系统。而我国的国家大地坐标系采用的是1954北京坐标系及1980西安坐标系。通常在工程测量中，还往往采用独立的施工坐标系。因此，在GPS测量中必须确定地区性坐标系与全球坐标系的大地测量基准之差，并进行两坐标系统之间的转换6。在本项目中采用的是1954北京坐标系统。3.2.2 GPS控制网优化设计衡量GPS控制网质量的三个主要标准分别是精度标准、可靠性标准、费用标准。本文就精度标准和可靠性标准两个方面对控制网的优化设计提出合理性意见。1提高GPS控制网精度的方法（1）在其他条件相同的情况下，G P S网采用边连接方式布网时测量定位结果的精度优于边点混合连接方式，而边点混合连接方式布网时的测量定位结果的精度优于点连接方式布网的精度。（2）一般情况下已知点的数目越多G P S网最终获得的 结果精度越高，但所使用的已知点必须经过检验不含有粗差。在实际进行G P S测量时由于其他因素的限制不可能有很多的已知点，只有依据网形的特点及其大小选择合适数目的已知点才能获得较高的精度。（3）在一定时间内观测时间越长最终结果精度越高，但是在实际作业时当观测时间达到规范规定的时间后，再增加观测时间对最终结果精度没有明显的作用，只会增加作业成本。 （4）在利用 G P S测量定位技术施测各种用途的控制网时，当采用不同接收机(单频或双频) 进行测量时， 其定位结果的精度会有所不同， 当距离较长时( 一般大于1 0 k m) 双频接收机测量定位结果精度高于单频接收机。2GPS控制网的可靠性理论及其与网的优化设计可靠性在大地测量学科中，被定义为控制网抵制观测值的粗差的能力。所谓内部可靠性就是观测值之间由于互相制约而具有检验粗差的能力。 在现有的仪器设备和熟练的观测方法的条件下，为了防止具有粗差的观测值混入，只能采用多余观测的方法进行检验。多余观测使各个观测值之间具有相互制约的作用，并且可以通过平差计算消除其由随机误差所产生的矛盾，从而提高观测值的精度。控制网的可靠性和网中多余观测有密切的联系。没有多余观测，该网就不具备对观测值进行检核的条件，也就没有任何可靠性。对于全网，多余观测的数目是完全可以确定的，相对多余观测数可以作为衡量全网观测值的平均可靠性指标。设控制网中独立观测值数m，必要观测值数即网中未知数的个数n，多余观测值数r,则r=m-n。相对多余观测数r/m=(m-n)/m。多余观测值之间相互制约的效果随网型结构和观测精度而异。凡是具有多余性的观测值可以得到某种程度的检核和平差后的精度提高，间接推算的精度愈高，可以认为其可靠程度愈大。凡是若不可能用其它观测值来推算的观测值则完全必要，不具有多余性，也就不可能得到任何检核，便缺乏抵制粗差的能力。 在控制网的设计阶段，查明各个观测值的内部可靠性有助于发现网中薄弱环节，而在设计中加以改进与优化。制定可靠性的定量指标就是要用具体的数值来反映观测值的抵制粗差的能力。全网的内部可靠性可以根据全部观测值的可靠率来计算，有两种评定标准。 (1)平均（内部）可靠率：=(m-n)/m,从平均意义上反映全部观测值的可靠性； (2)显著（内部）可靠率：定义为各观测值可靠率的调和平均数。 在控制网的设计中，不仅需要有反映全网观测值可靠性，更重要的是分析观测值可靠率的分布情况来发现网的薄弱环节，通过网形结构的修改和观测值精度的配置来改善其可性。通过优化设计来满足这方面的要求8。程序设计见图3-3图3-3 设计框图3.3 GPS控制测量与数据处理3.3.1 GPS控制测量外业实施1选点与埋标（1）点位应选易于安置接收设备、视野开阔的位置。视场周国15度以上不应有障碍物，以避免GPS信号被吸收或遮挡。（2）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等）。其距离不小于200m远离高压输电线，其距离不得小于50m，以避免电磁场对GPP信号的干扰。（3）点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。以减弱多路径效应的影响。（4）点位应选交通方便，有利于其他观测手段扩展与联测的地方。（5）点位应选在地面基础稳定易于点保存的地点。点的标石必须坚固、稳定以利长久保存和使用。也可直接在基岩上嵌入金属标志（如铁钉）。2开机观测 在外业观测时应注意以下事项：（1）当确认外接电源电缆及天线等备项连接完全无误后方可接通电源，启动接收机。开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后，方能榆入有关测站和时段控制信息。 （2）接收机在开始记录数据时应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、信噪比、相位观测量残差，实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。（3）在观测过程中要特别注意供电情况，除在出测前认真检查电池容量是否充足外，作业中观测人员不要远离按收机，听到仪器的低电压报警应及时予以处理，否则可能会造成仪器内部数据的破坏或丢失。（4）仪器高一定要按规定始、末各量测一次，并及时输入仪器及记入测量手薄中。（5）接收机在观测过程中，不要靠近接收机使用对讲机。（6）观测站的全部预定作业项目经检查均已按规定完成，且记录与资料完整无误后可迁站。（7）观测过程申要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。3观测记录观测记录由GPS接收机自动进行，均记录在存储介质（如硬盘、硬卡记忆卡等）上，其主要内容有：（1）载波相位观测值及相应的观测历元； （2）同一历元的测码伪距观测值； （3）GPS卫星星历及卫星钟差参数； （4）实时绝对定位结果； （5）测站控制信息及接收机工作状态信息。3.3.2 GPS控制测量内业数据处理1数据预处理对于两台及两台以上接收机同步观测值进行独立基线向量（坐标差）的平差计算叫基线解算，有的也叫观测数据预处理。预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、加工整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步平差计算做准备。它的基本内容是：（1）数据传输：将GPS接收机记录的观测数据传输到磁盘或其他介质上；（2）数据分流：从原始记录中，通过解码将各种数据分类整理，无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和测站信息文件等；（3）统一数据文件格式：将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准化的丈件格式，以便统一处理；（4）卫星轨道的标准化：采用多项式拟合法，平滑GPS卫星每小时发送的轨道参数，使观测时段的卫星轨道标准化；（5）探测周跳、修复载波相位观测值；（6）对观测值迸行必要改正，在GPS观测值中加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电离层改正。2基线向量解算基线向量的解算一般采用多站、多时段自动处理的方法进行，具体处理中应注意以下几个问题：（1）基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过 30km的基线，解算时则可采用三差相位观测值。（2）卫星广播星历坐标值可作为基线解的起算数据。（3）在采用多台接收机同步观测的一同步时段中，可采用单基线模式解算，也可以只选独立基线按多基线处理模式统一解算。（4）同一等级的GPS网，根据基线长度的不同，可采用不同的数据处理模型。若基线长小于0.8km，需采用双差固定解；小于30km，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果；大于30km时则可采用三差解作为基线解算结果。（5）在同步观测时间小于30分钟时的快速定位基线应采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果10。3利用TGO处理控制测量数据的步骤利用TGO处理控制测量数据的具体步骤是：（1）新建项目并改变项目属性中的坐标系统；（2）导入数据并检查输入观测数据信息，如点名、天线高；（3）处理GPS基线：点击处理GPS基线并保存，改变卫星高度角，删除含有周跳的GPS信号；（4）最小约束平差；（5）导出数据。值得一提的是建立项目之前，必须确保坐标系统选择正确，否则会严重影响处理结果的精度。3.4 控制测量成果分析3.4.1 控制测量成果展示1经过TGO处理的本次测量控制网（整体和局部） 图3-4 GPS测量控制网2经过TGO处理后导出的控制点坐标表3-2 控制点坐标成果表点名称北坐标X东坐标Y高程A1335865.346m333962.263m715.714mA2333818.162m333818.162m687.059mA33358114.082m333786.001m683.289mA43358148.748m333435.637m696.977mA53358188.306m333370.678m697.278mA63358109.973m332948.812m700.653mA73358111.814m332906.968m712.706mA83358120.117m332678.000m711.921mA93358122.479m332732.788m721.252mA103358697.288m332249.121m781.838mA113358662.678m332245.675m773.125mA123358662.678m331891.417m759.784mA133358034.053m331939.063m749.517mA143357476.501m332159.922m720.364mA153357531.710m332106.383m709.814m3.4.2 控制测量成果分析根据全球定位系统（GPS）测量规范的要求，从三大部分去评估和分析控制测量成果即：基线质量检核，外业成果质量检核和平差成果分析三大部分。1基线质量检核在基线质量检核前应先明确外业控制测量所要求达到的等级。本次测量实习工作是为地形复杂山区非等级公路改建服务，因此精度要求较低，同时基线长度较短，远远低于十公里以内。按照规范要求，在进行C级以下各级GPS网解算中，15KM内的基线，须采用双差固定解，而且要求经过GPS处理软件处理之后的双差固定解合格基线方差比（ratio）大于3.0。根据控制测量基线处理报告显示，本次实习测量成果基线方差比均大于3.0。因此，基线质量合格。基线处理报告见附件一。2外业成果质量检核外业质量检核是确保预期平差精度要求的重要环节，主要包括重复基线边检核、同步环闭合差检核和异步环闭合差检核。各级同步环闭合差规定如下表。表3-3各级同步环闭合限差表等级限差类型二等三等四等一级二级坐标分量相对闭合差2.03.06.09.09.0环线全长相对闭合差3.05.010.015.015.0根据环闭合差报告显示，本次测量实习的平均同步环闭合差为13.874，符合二级GPS控制网闭合差规定，满足本次测量实习要求。3平差成果分析规范中各级网的基线边相对中误差要求如下表：表3-4 各级网的基线边相对中误差等级平均距离（km）A(mm)B(1106)最弱边相对中误差二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一级110101/20000二级110201/10000注：A为基线边的固定误差，B为比例误差系数（1106）。本次项目要求建立GPS二级测量控制网，因此基线边的固定误差应10mm, 最弱边相对中误差应小于1/10000。根据平差报告显示，本次实习成果符合此要求。第四章 碎部测量与成图4.1 碎部测量方法概述在本次数字化测图中，碎部点野外数据采集方法可供选择的有两种。一种是基于全站仪的碎部点野外数据采集方法，另一种是基于GPS-RTK测量技术的碎部点野外数据采集方法。在经过实地踏勘之后发现，由于测区位于地形复杂的山区，大部分地区覆盖着密集的竹林，这将严重影响GPS信号的接收，第二种碎部测量方法无法展开。因此本次数字化测图采用的是第一种碎部测量方法，即基于全站仪的碎部测量方法。4.2 基于全站仪的碎部测量4.2.1 依据规范 数字测图测量规范（规程）是国家测绘管理部门或行业部门制定的技术法规，本次数字测图技术设计依据的规范（规程）有：(1)1:500、1:1000、l：2000地形图图式(GB/T20257-2007)；(2)1:5001:1 0001:2000外业数字测图技术规程(GB/T14912-2005)；(3)1:500、1:1000、1:2000地形图要素分类与代码(GB/T 14804-93)；（4)工程测量规范(GB 50026-2007)等。4.2.2 仪器安置及测站检核全站仪测图的仪器安置及测站检核，应符合以下几点要求：1仪器的对中偏差不应大与 5mm，仪器高和反光镜高的量取应精确至1mm； 2应选择较远的图根点作为测站定向点，并施测另一图根点的坐标和高程，作为测站检核。检核点的平面位置较差不应大于图上0.2mm,高程较差不应大于基本等高距的1/5； 3作业过程中和作业结束前，应对定向方位进行检查。4.2.3 野外碎部点数据采集 地形测量在完成地形控制测量后，就要进行地形测图。地形测图是以控制点为基础，按一定的要求和规则，将地面上各种地物、地貌测绘到图纸上。地形测量中需要将地物、地貌的特征点测绘到图纸上，这些特征点又称为碎部点。 大比例尺数字测图按碎部点采集方法，可分为全站仪测量方法和GPS-RTK测量方法。本次测图，采用的是全站仪测量方法。基于全站仪的野外碎部点采集方法的作业程序主要有以下两点：（1）在观测采集数据之前，在全站仪内输入测站的坐标、仪器高和后视方向点的坐标或者坐标方位角，完成测站设定和定向工作；（2）在数据采集时，测站人员在采集到数据后输入测点的属性代码和棱镜高并保存到全站仪内，而与此同时，把这些数据属性的相互关系通过草图的形式记录下来。同时，在采集碎部点时，应注意以下几点：（1）对于比例规则的建(构)筑物只需测出三点，第四点可由计算机来完成；（2）对于不规则的地貌应尽量多测一些点，因为在传统测图中，一些细小的变化可通过手工来完成，但计算机的模拟是无法比较真实的反映出这些实际地形；（3）测等高线时，除了测量特性线外，还应尽量多测一些加密的碎部点，以满足计算机建模的需要，也能更加详尽地反映出地貌。4.3 内业地形成图4.3.1 数字测图内业成图方法概述 此次数字测图内业成图作业采用南方CASS7.0成图系统，本系统基与AutoCAD2004平台，图式运用规范、图形美观，具备GIS国标属性代码，可拓展性强。 CASS7.0成图系统为数字测图提供了多种成图方法：例如简编码自动成图法，引异文件自动成图法，测点点号定位成图法，屏幕坐标定位成图法和电子平板测图法等。在上述方法中，除电子平板测图法外，其余均为测记式成图法。即把野外采集的数据存储在电子手簿或全站仪的内存中，同时绘制草图，回到室内后再将数据传输到计算机内，对照草图完成各种绘制编辑上作，最后形成地形图。其中，引导文件自动成图法、测站点点号定位成图法、屏幕坐标定位成图法适用于无码作业。本次数字测图采用的是测点点号定位成图法。4.3.2 数字测图内业成图作业步骤1工作草图阅读 内业作业员首先对野外绘制的工作草图进行充分阅读，了解图内各元素的来龙去脉、相互关系以及各类控制点分布情况，电杆的走向、联系，地类界封闭情况，对图内有疑问的地方应及时向外业作业人员提出，并予以解决。2数字化作业 采用分层、分色的要求表示地物、地貌。将同一类地物放在同一层次，分色统一，代码到位，尽量使用成图系统的菜单绘制图形，便于合并、缩放、接边、数据提起等再处理上作。数字化作业时捕捉解析编辑细部点，若数据与草图不符，应及时向检查员提出，问题解决后再行作业。 数字化图按一定的顺序进行，对明显的具有分块作用的地物先输入，例如河流、道路等。然后依元素的主次进行分块作业。一块图全部输入后即做自查校对，清理差、错、漏。各图块全部输入后再作通篇阅读。对规则的地物，如住宅楼等矩形房屋，必须保证图形符合其投影规律，必要时可用辅助线方法得到正确的图形。4.3.3 等高线的绘制和平滑处理鉴于在绘图过程中所遇到的困难主要在等高线的平滑处理这一块，因此本小节就等高线的平滑处理展开讨论。1 三角网法绘制等高线的主要过程 在本次内业成图绘制等高线时采用的是三角网法。三角网法绘制等高线的主要步骤为：（1）连接三角网；（2）在三角形边上内插等值点；（3）追踪等值点；（4）连接等值点绘制光滑曲线。2等高线平滑处理掉的基本原理实际地形一般是连续变化的，所以必须对等高线进行平滑处理，使等高线成为连续光滑的曲线。平滑处理的基本原理是曲线拟合，选择不同的拟合算法，将得到不同的平滑结果。为了适应不同的地形，平滑处理程序可以包含不同的拟合算法，以得到最接近实际的结果。3等高线的平滑处理方法在等高线的平滑处理过程中，常用的平滑处理方法主要有以下几种：（1）线性迭代法：线性迭代法又称为抹角法，是用反复的线性迭代产生加密的折线，对等高线进行光滑处理。（2）分段三次多项式法：分段三次多项式法又称为五点光滑法。这种方法是在等高线上每两个点之间（即每条折线线段上）建立起一条三次曲线，在整条曲线上具有连续的一阶导数。（3）抛物线加权平均法：根据给定的曲线特征点顺序，每相邻三点作一条抛物线，而每相邻两点之间前后两条抛物线弧的重合部分用加权平均曲线作为最终的插值光滑曲线。根据每三点之间建立抛物线方法的不同，又可分为正轴抛物线加权平均法和斜轴抛物线加权平均法。（4）张力样条函数插值法：张力样条函数是描述样条曲线的一种函数，它的主要特征是在一般的三次样条函数中引入一个张力系数 。当 0时，张力样条函数就等同于三次样条函数；当时，张力样条函数就退化为分段线性函数，即相邻节点之间以直线连接。可以选择适当的张力系数 ，以改变曲线的松紧程度，使曲线的走向更加合理和美观9。4本次实习内业成图经过等高线平滑处理的地形图成果展示（局部）：图4-1 邛崃山区公路沿线1：200地形图（局部）第5章 公路沿线土石方量的计算5.1 土石方量计算方法原理5.1.1 土石方量计算方法概述土石方量的计算是工程施工的一个重要步骤，工程施工前的设计阶段必须对土石方量进行预算,它直接关系到工程的费用概算及方案选优。在现实中的一些工程项目中，因土方量计算的精确性而产生的纠纷也是经常遇到的。如何利用测量单位现场测出的地形数据或原有的数字地形数据快速准确的计算出土方量就成了人们日益关心的问题。常规的几种计算土方量的方法有：方格网法、等高线法、断面法、不规则三角网法、DTM法和平均高程法等。在本章将就前四种土石方量计算方法展开论述，并经过分析比较得出几种土石方量计算方法的适合情况。5.1.2 断面法当地形复杂起伏变化较大，或地形狭长、挖填深度较大且不规则的地段，宜选择横断面法进行土方量计算。这种计算方法的原理是首先在计算范围内布置断面线，断面一般垂直于等高线，或垂直于大多数主要构筑物的长轴线。断面的多少应根据设计地面和自然地面复杂程序及设计精度要求确定。在地形变化不大的地段，可少取断面。相反，在地形变化复杂，设计计算精度要求较高的地段要多取断面。图5-1 断面法计算土石方量上图为一渠道的测量图形，利用横断面法进行计算土方量时，可根据渠LL，按一定的长度L设横断面A1、A2、A3Ai等。 断面法的表达式为： (5-1)在上式中，Ai-1，Ai分别为第i单元渠段起终断面的填(或挖)方面积；Li为渠段长；Vi为填(或挖)方体积。土石方量精度与间距L的长度有关，L越小，精度就越高。但是这种方法计算量大, 尤其是在范围较大、精度要求高的情况下更为明显;若是为了减少计算量而加大断面间隔，就会降低计算结果的精度；所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。5.1.3 方格网法对于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的场地适宜用格网法。方格网法的基本原理是将计算区域划分为若干个具有一定间距的正方形方格。在格网点测定点位高程,对每一格网面按四角高程的平均值计算土方。挖填方宜分别冠以“-”“+”号以示区别,然后分别计算每一方格的挖填土方。将挖填方所有方格计算的土方汇总,即得场地挖方和填方的总土方量。但在这种传统的方格网计算中,土方量的计算精度不高。采用新的高程内插的方法,即杨赤中滤波推估法(在复合变量理论的基础上,对已知离散点数据进行二项式加权游动平均,然后在滤波的基础上,建立随机特征函数和估值协方差函数,对待估点的属性值进行推估)可提高计算精度。5.1.4 等高线法等高线法可计算任两条等高线之间的土方量,但一般情况算时等高线必须闭合,如等高线不闭合,可以先离散化等高再进行计算。由于两条等高线所围面积可求,两条等高线两等高线之间的体积近似的视为截锥体,则每层锥体体积计算公式为: （5-2）式中：Ai为锥体的底面积；hi为第i条等高线的高程。该法计算精度受等高距的影响很大。平均高程法测量时,隔一定距离(20m)测1个碎部点,把所有的碎部点高程相加取平均,作为该测区平均高程。该方法用于计算地形复杂区域土石方量时误差较大,通常用于工程量的大概估计。5.1.5 不规则三角网法（TIN）数字地面模型(DTM)计算土方量是利用实测地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方，最后累计得到角网(TIN)后再计算土方量。1三角网的构建应用传统的TIN生成算法如边扩展法、点插入法、递归分割法等，以及它们的改进算法。进行包括地形特征点在内的散点的初级构网。2三角网的调整根据地形特征信息对初级三角网进行网形调整。（1）地形线的特点及处理方法。地形线(能充分表达地形形状的特征线)正常情况不通过TIN中的任何一个三角形的内部，否则三角形就会“进入”或“悬空”于地面，与实际地形不符，产生的数字地面模型(DTM)有错。当地形线与一般地形点一道参加完初级构网后，再用地形特征三维空间图检查地性线是否成为了初级三角网的边,若是,则不再作调整；否则,进行调整。总之要务必保证TIN所表达的数字地面模型与实际地形相符。（2）地物对构网的影响及处理方法。等高线在遭遇房屋、道路等地物时需要断开,这样在地形图生成TIN时,除了要考虑地形线的影响之外,更应该顾及到地物的影响。一般方法是:先按处理地形结构线的类似方法调整网形；然后用垂线法来判别闭合特征线影响区域内的三角形重心是否落在多边形内,若是,则消去该三角形,否则保留该三角形。3、三角网法计算土方量三角网构建好之后,用生成的三角网来计算每个三棱柱的填挖方量,最后累积得到指定范围内填方和挖方分界线。三棱柱体上表面用斜平面拟合,下表面均为水平面或参考面,如下图所示。图5-2 三角网法计算土方量在图中，Z1,Z2,Z3为三角形角点填挖高差；S3为三棱柱底面积。计算公式为: (5-3)可分别在CAD或ArcGIS软件中调整三角网并计算土石方量。不规则三角网法的精度相对较高,因为三角网能较好地适应复杂、不规则地形。但计算精度取决于TIN模型的精度(即采样点的数量、密度,采样密度应根据实际的精度需要而定。实际采样时,地形复杂的区域应适当增加采样密度,地势平缓区域采样点密度可适当减小)。对于不符合实际地形的TIN应进行修改,使得其对外业特征点的测设有一定要求,内部计算过程复杂,占用大量存储空间。因此,如果测区地形较复杂,地图本身数据量大时就应慎重考虑是否采用该方法16。5.2 不同土石方计算方法分析总结通过对以上几种土石方量计算方法的分析讨论,可以得出以下几点结论:1在较平坦的平原区和地形起伏不大的场地,宜采用格网法。这种方法计算的数据量小,计算速度快,省去了DTM法庞大的数据存储量；2复杂的狭长带状地形场地,挖填深度较大,不规则的地段,且精度要求较低的场合,适宜使用断面法进行土方量的计算。如公路、水渠等。3在地形起伏较大、精度要求高的一些山区则可选用TIN和等高线的计算方法。但也要考虑到,如果地图本身数据量大,数据储存量的问题。总之,在对土方量进行计算时,要考虑到地形特征、精度要求以及施工成本等多方面的情况,选择合适的计算方法,才能达到最优的目的。结 论本文主要讨论了利用基于全站仪的数字测图技术绘制为地形复杂山区非等级公路改建服务的大比例尺地形图的理论和方法，以及公路改建施工过程中所涉及到的土石方量的计算方法。整个工作过程中的重点和难点是控制测量部分、数字化内业成图部分（特别是等高线的绘制和平滑处理）以及土石方量的计算部分。本文主要工作及成果体现在以下几方面： 1从GPS静态相对定位技术利用于控制测量的优点出发，详细讨论了GPS控制测量系统的作业模式和流程，并从控制网的精度和可靠性两方面提出提高控制网质量的方法，从而对控制网进行优化设计；2根据GPS控制测量内业成果分析，检核GPS控制网质量；3详细介绍了基于全站仪的碎部测量技术以及内业数字成图作业方法。并根据实习中遇到的困难，对内业成图中的等高线绘制原理、过程以及等高线平滑处理方法进行了详细论述。4简单介绍了断面法、方格网法、等高线线法、不规则三角网法（TIN）几种常用土石方量计算方法的基本原理，并通过对计算过程的分析得出不同计算方法的适用情形。目前我国数字化测图技术虽然已经得到了快速发展和普及，但是存在仍然费时费力等缺点，特别是在某些地形复杂地区，测图工作更是难以开展。因此，如何更好的提高的数字化测图工作效率，使我国数字化测图技术更好的朝着“六化”“十六字”的方向前进，是当代测绘工作人员努力的一个方向。致 谢本论文是在我指导老师杨容浩老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风和乐观积极的生活态度都深深地感染和激励着我。从课题的选择、内容的确定乃至实习工作的安排，杨老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。四年以来，杨老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向杨老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢成都理工大学地球科学学院测绘工程系的所有老师，感谢你们这四年来对我的培养，在此，向你们表示最崇高的敬意。还有在一起愉快的度过四年大学生活的测绘工程系全体同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，让我顺利完成大学学业，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后特别感谢答辩委员会的所有老师审阅我的论文，并帮助我完成毕业前的最后答辩工作，在此，向你们道声谢谢。参考文献1 王卫华，赵建才，王峰.现代精密工程技术及新进展C.2007，（4）：1213. 2 马志勇，许久明.我国工程测量技术发展现状与成就J.科技信息,2006，(3):5153.3 孔祥元控制测量学M武汉：武汉大学出版社2006:5660.4 张小红GPS测量原理及应用M武汉：武汉大学出版社2004:7173.5 刘宗泉测量学M北京：测绘出版社1991：1921.7 刘德胜，甄鑫强，郭英起.GPS网精度影响因素研究J. 测绘通报,2008,(1):2324.8 方智.全球定位