周能兵浅谈道路施工放样中全站仪和RTK的应用

1、西南科技大学城市学院本科生毕业论文浅谈道路施工放样中全站仪和RTK的应用摘要：在道路施工中，放样是一切工程的前提和基准。常规放样比较简单，但是随着测绘技术手段的不断发展，对放样的精度要求提高，传统放样方法也暴露其缺点。现代测量中全站仪和RTK得到应用。全站仪是一种自动化程度高的仪器，它精度高、应用广泛，但是受到通视条件和测距等因素的影响。RTK应用于道路放样中，精度高，速度快，但是受到自然环境的影响。因此在道路放样中可以全站仪和RTK配合使用可以提高放样精度和测量速度。本文探讨了全站仪和RTK配合使用应用于道路放样中。放样中，比较开阔的区域用RTK，在通视不良好的区域用RTK和全站仪配合使用，

2、以提高放样精度和测量速度。通过以上工作并分析，得出此方法精度方面能够满足现代测量的要求，并证明其有用性和可行性。关键词：全站仪；RTK；道路放样；Introduction to road construction lofting total station and the application of RTKAbstract: during the construction of roads, the loft is the precondition of all engineering and benchmark. Routine layout is simple, but with the

3、 continuous development of surveying and mapping technology, improve to the lofting precision requirement, traditional lofting method has also exposed its shortcomings. Modern measurement of total station instrument has been applied and RTK. Total station instrument is a high degree of automation, i

4、t is high precision, wide application, but is affected by the factors such as visibility conditions and range. RTK is applied to road lofting, high precision, fast speed, but under the influence of natural environment. So in the road layout can use total station and RTK can improve the lofting preci

5、sion and measuring speed.This paper discusses the total station in applied to road lofting and RTK use. Lofting, open areas with RTK, well in poor visibility area with RTK and total station, in order to improve the lofting precision and measuring speed. And analyze through the above work, it is conc

6、luded that this method can meet the requirements of modern measurement accuracy, and prove their usefulness and feasibility.Key words: total station; RTK. Road lofting;目录 第1章 绪论 1 道路概述道路是一个空间线形带状构筑物，即道路是一个空间的三维实体。道路是通过设计后，经过施工而形成的。勘测中要做到周密调查和精心勘测。因为，道路并非孤立地存在，它是位于自然界供汽车运行的结构物，其位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素制约

7、。如将道路设计成一条能体现安全、迅速、经济、美观要求的道路，这与驾驶者的判断和反应、乘客的感觉、汽车的性能、行车对道路要求、道路本身状况、道路所处的环境等密切相关。所以道路勘测设计的任务就是在调查研究、掌握大量资料的基础上，设计出有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的道路。而取得资料的过程便是勘测工作者的首要任务。就其工作内容而言，目前普遍公认地将其划分为野外定点技术测量和野外调查与勘探两项主要工作。道路这个空间带状构筑物在设计中用平面、纵断面和横断面来表达。道路空间带状构筑物在设计中的平面问题，主要研究道路中心线的平面投影，修路以前在原地面上布置的中心线和修成路以后的道路中心线的平面投

8、影是一致的，这条中心线就叫做道路中线。道理中线首先应满足汽车的行驶规律，因此，从理论上需要明确汽车行驶和安全行驶条件。2 道路放样概述公路路线详细测设过程与道路施工放线中的野外定点技术中的操作基本相似，前者是在实地通过测量取得外业资料后做成设计文件，后者是根据已有的设计文件，反过来将道路路线或结构物等的位置、形状和尺寸、高程放到实地上。根据公路勘测设计的外业工作，取得有关的设计资料，经过设计而提供相应的图、文、表设计文件是施工定放线的基本依据之一。在施工测量过程中，道路中心线的野外定点技术，既是从事道路勘测设计人员必须掌握的，也是施工放样人员必须掌握的。第2章 全站仪理论基础2.1 全站仪概述

9、全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。 全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电 扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据

10、通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。   全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统，电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。 根据测角精度可分为0.5，1，2，3，5，10。 2.2 全站仪的基本功能全站仪的基本功能为：水平角测量 、竖直角测量、坐标测量、放样、悬高测量、对边测量、偏心测量等基本测量功能。2.3全站仪放样的基本原理 第3章 GPS-RTK基本原理简介3.1 GPS简介1973 年 12 月，美国国防部批准他的海陆空三军联合研制新的卫星导航系统： NAVSTA

11、R/GPS。 GPS 系统包括三大部分：空间部分GPS 卫星星座，地面控制部分地面监控系统， 用户设备部分GPS 信号接收机。 （1）GPS 卫星星座：由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成 GPS 卫星星座，记作 （21+3）GPS 星座。24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面内，卫星高度为 20200km，轨道倾 角为 55 度，卫星运行周期为 11 小时 58 分（恒星时 12 小时） ，载波频率为 1575.42 MHz 和 1227.60 MHz。 （2）地面监控系统：包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。作用：监测和控 制卫星运行，编算卫星星历（导航电文） ，保持系统时间

12、。 （3）GPS 信号接收机：任务是能够捕获到一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信 号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 GPS 信号进行变换、放大和处理，以便测量出 GPS 信号从卫星到接受机天线的传播时间。3.2 GPS定位原理 GPS定位的基本原理是：利用空间距离后方交会的方法测得地面待测点。将无线电信号发射台从地面搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面已知点（控制站）交会卫星的位置，反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会处地面未知点（用户接收机）的未知。这便是GPS卫星定位的基本原理。【】在定位中因为有对流层等各种误差，观测时需尽量多

13、观测有效卫星，要求至少四颗卫星。利用多余观测可以得出多余公式，应用最小二乘法以减小误差，得出更加精确的结果。3.3 GPS定位分类 按参考点的不同位置 绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。 相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。 在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种形式。 按用户接收机作业时所处的状态划分： 静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。 动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。 按观测量性质划分： 测码伪距：由码相位观测确定伪距 测相伪距：由载波相位观测确定伪距 3.4 GPS定位

14、中误差的分类及消除方法（1） 与卫星有关的误差： 1）卫星钟差2）卫星星历误差3)相对论效应星历误差消除方法：忽略轨道误差。采用轨道改进法处理观测数据。采用精密星历。同步观测值求差。（2）与信号传播有关的误差：1）电离层延迟。减弱方法：利用双频观测。利用电离层模型加以修正。利用同步观测值求差。2）对流层延迟。减弱方法：充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽积累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。当基线较短时(20km)，稳定的大气条件下，利用差分法来减弱大气折射的影响。完善对流层大气折射的改正模型。3）多路径效应。减弱方法：安置接收机天线的环

15、境应避开较强发射面。选择造型适宜且屏蔽良好的天线。适当延长观测时间，削弱周期性影响。改善接收机的电路设计。（3）与接收设备有关的误差1）接收机位置误差2）接收机钟差。减弱方法：作为未知数，在数据处理中求解。利用观测值求差方法，减弱接收机钟差影响。定位精度要求较高时，可采用外接频标。3）接收机的测量噪声。减弱方法：观测足够长的时间后，测量噪声的影响可以忽略不计。3.4 GPS 的特点 GPS 系统具有以下特点： （1）定位精度高； （2）观测时间短； （3）测站间无需通视； （4）可提供三维坐标； （5）操作简便； （6）全天候工作； （7）功能多，应用广。 GPS 应用广泛，可以进行海陆空的导

16、航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定。3.5 RTK技术简介实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术,它是GPS测量技术发展的一个新突破,在测绘、交通、能源、城市建设等领域有着广阔的应用前景。众所周知,无论静态定位,还是准动态定位等定位模式,由于数据处理滞后,所以无法实时解算出定位结果,也无法对观测数据进行检核,这就难以保证观测数据的质量,在实际工作中经常由于粗差造成的不合格观测成果需要返工来重测。目前,解决这一问题的主要方法就是延长观测时间、选择作业窗口来保证测量数据的可靠性,这样一来就降低了GPS测量的工作效率。实时动态定位(RTK)系统由基准站、流动站

17、和数据链组成,建立无线数据通讯是实时动态测量的保证,其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点,安置一台接收机作为参考站,对卫星进行连续观测,流动站上的接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据,流动站上的计算机(手簿)根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的3维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况,根据待测点的精度指标,确定观测时间,从而减少冗余观测,提高工作效率。RTK定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式,两种定位模式相结合,在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集。3.6 RTK操

18、作步骤 RTK由两部分组成：基准站部分和移动站部分。其操作步骤是先启动基准站，后进行移动站操做。 1 基准站部分 1架好脚架于已知点上，对中整平（如架在未知点上，则大致整平即可）。 2接好电源线和发射天线电缆。注意电源的正负极正确（红正黑负）。 3打开主机和电台，主机开始自动初始化和搜索卫星，当卫星数和卫星质量达到要求后（大约1分钟），主机上的DL指示灯开始5秒钟快闪2次，同时电台上的TX指示灯开始每秒钟闪1次。这表明基准站差分信号开始发射，整个基准站部分开始正常工作。 注意：为了让主机能搜索到多数量卫星和高质量卫星，基准站一般应选在周围视野开阔，避免在截止高度角15度以内有大型建筑物；为了让

19、基准站差分信号能传播的更远，基准站一般应选在地势较高的位置。 2 移动站部分 1 将移动站主机接在碳纤对中杆上，并将接收天线接在主机顶部，同时将手簿夹在对中杆的适合位置。 2打开主机，主机开始自动初始化和搜索卫星，当达到一定的条件后，主机上的DL指示灯开始1秒钟闪1次（必须在基准站正常发射差分信号的前提下），表明已经收到基准站差分信号。 3打开手簿，启动工程之星软件。工程之星快捷方式一般在手簿的桌面上，如手簿冷启动后则桌面上的快捷方式消失，这时必须在Flashdisk中启动原文件（我的电脑FlashdiskSETUPERTKPro2.0.exe）。 4启动软件后，软件一般会自动通过蓝牙和主机连

20、通。如果没连通则首先需要进行设置蓝牙（工具连接仪器选中“输入端口：7”点击“连接”）。 5软件在和主机连通后，软件首先会让移动站主机自动去匹配基准站发射时使用的通道。如果自动搜频成功，则软件主界面左上角会有信号在闪动。如果自动搜频不成功，则需要进行电台设置（工具电台设置在“切换通道号”后选择与基准站电台相同的通道点击“切换”）。 6在确保蓝牙连通和收到差分信号后，开始新建工程（工程新建工程）， 依次按要求填写或选取如下工程信息：工程名称、椭球系名称、投影参数设置、四参数设置。第4章 道路设计施工放样的理论基础4.1道路平面概述道路是一条三维空间的实体，它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设

21、施等所组成的线形构造物。一般所说的路线，是指道路中线的空间位置。路线在水平面上的投影称作路线的平面线形，由直线、圆曲线和缓曲线构成。路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。为方便设计，路线设计分解为路线平面设计、路线纵断面设计和路线横断面设计，三者既相互配合，同时更要与地形、地物、环境、景观相协调。 直线具有距离短、方向明确、线形易于布的优点，可作为平原区的主要线形要素。但过长的直线又易引起驾驶员的单调和疲劳，出现过高的车速，因此有必要避免使用过长的直线，并注意与地形、地物、环境相适应。 在平面线形上，圆曲线是使用最多的基本线形。 圆曲线在现场容易设置，可以自然地表明方向的变化。采

22、用平缓而适当的圆曲线，即可引起司机的注意，又起到诱导视线的作用。圆曲线具有一定的半径，在透视图中的形状为椭圆。 在直线和圆曲线之间或在不同半径的两圆曲线之间，采用曲率半径不断变化的缓和曲线以适应汽车驶轨迹。缓和曲线的作用是缓和人体感到的离心加速度的急剧变化，且使驾驶员容易做到均匀的操作方向盘，提高视觉的平顺度及线形的连续性。缓和曲线的曲率从为零渐渐地向某一定值变化，使圆曲线与直线平顺地衔接。4.1.1道路平面曲线要素线路工程总是由直线很曲线所组成。曲线按其线形可分为圆曲线、缓和曲线、复曲线和竖曲线等。圆曲线的起点ZY(直圆点)、中点QZ(曲中点)和中点YZ(圆直点)称为圆曲线的主点圆曲线主点测

23、设时，从交点JD沿两切线方向量取切线长T，可定出ZY和YZ点沿转向角内角平分线方向量取外矢距E定出QZ。带有缓和曲线的圆曲线，其主点为直缓点（ZH）、缓圆点（HY）。曲中点、圆缓点（YH）、缓直点（HZ）。有了曲线主点测设资料T、L、E，与单圆曲线主点测设一样，可定出ZH、HZ和QZ各点。HY和YH两主点，可采用偏角法测设。4.1.2道路平面曲线要素计算圆曲线计算公式为：圆曲线测设的方法有偏角法、切线支距法、自由设站法 ，以此可以定出圆曲线上各点在地面实际位置。【工程测量】4.2常用施工放样方法概述 一、全站仪简介及其在道路施工放样概述全站型电子速测仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储

24、单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。随着全站仪的推广和普及，在工程测量中已经得到了广泛的应用，使传统的测绘模式发生了很大的转变。在公路建设中，应用全站仪进行施工放样，计算道路中线桩点坐标、桥涵中心和轴线控制桩坐标是全站仪施工放样的关键。二、道路施工放样原理施工放样的实质，是将图纸上建筑物的一些轮廓点标定于实地上，为了标定这些特征点的空间位置，不外乎把已知的水平角度、水平距离和高程三个基本要素测设到实地上去。测设三个基本要素以确定点的空间位置，就是施工放样的基本工作。21、点的平面位置测设1、直角坐标法：当建筑物已设有主轴线或在施工场地上已布

25、置了建筑方格网时，可用直角坐标法来测设点位。2、极坐标法：根据一个极角和一段极距测设点的平面位置。3、角度交会法：根据两个或两个以上的已知角度的方向交出点的平面位置。4、距离交会法：根据两段已知距离交会出点的平面位置 。22、水平距离、水平角度和高程的测设1、测设已知长度的水平距离根据一已知点a，沿一定的方向，测设出另一点b，使ab的水平距离等于设计长度，称为距离放样，其程序与距离丈量恰恰相反。2、测设已知角值的水平角测设水平角是根据一个已知方向和已知的角值，将角度的另一方向测设到地面上。3、测设已知高程的点测设点的高程是根据附近的水准点，用水准测量的方法进行的。如道路工程中路中心设计标高的测

26、设；建筑工程中室内地坪的设计高程（假定为±0）的测设等均属此项工作。23道路施工测量道路施工测量主要包括恢复路线中线、路基边桩的测设、竖曲线的测设等项工作。1、路线中线的恢复：从路线勘测到开始施工这段时间里，往往会有一些中桩丢失，故在施工之前，应根据设计文件进行恢复工作，并对原来的中线进行复核，以保证路线中线位置准确可靠。2、路基边桩的测设：路基边桩测设就是在地面上将每一个横断面的路基边坡线与地面的交点用本桩标定出来。3、竖曲线的测设：在路线纵坡变更处，为了行车的平稳和视距的要求，在竖直面内应以曲线衔接，这种曲线称为竖曲线。竖曲线有凸形和凹形两种，如图所示。竖曲线一般采用圆曲线，这是因为在一般情况下，相邻坡度差都很小，而选用的竖曲线半径都很大，因此即使采用二次抛物线等其它曲线，所得到的结果也与圆曲线相同。如上图所示，两相邻纵坡的坡度分别为i1、i2，竖曲线半径为r，则测设元素为曲线长： l=r；由于竖曲线的转角很小，故可认为=i1i2；于是：l=r（i1i2）；切线长：t=rtg； 外距：e = t2/2r；竖曲线上任一点p距切线的纵距（亦称高程改正值）计算公式：y=x2/2r三、全站仪放样精度分析在测量工作中，选择某种测量方法时，不但要考虑其工作效率，更重要的是其梢度是否可靠，是否能满足工