浅谈GS技术在山区工程测量中的应用

施工技术《浅谈GPS技术在山区工程测量中的应用》浅谈GPS技术在山区工程测量中的应用项目一部张学学孟【摘要】在山区区工程测量中中，由于存在在高差大、地地形多变、通通视条件差等等不利条件，仅仅靠常规测量量方法工作效效率低且难以以保证精度。GPS定位技术具具有精确度好好、实施快速速、不受时空空限制等特点点，可充分保保证测量的精精度，同时加加快了施测进进度。本文结结合我单位在在川东北参与与施工的南司天实介绍了GPS定位技术原原理及其在施施工放样，原原地面复测等等工程测量中中的应用。【关键词】山区区工程测量GPSS-RTK效率数据处理1前言我单位在四川市市场随着西南南石油管理局局元坝气田的的大开发，在在川东北地区区工程承揽量量和工程完成成量逐年增加加成为我工程程处外重要埠埠市场。由于于四川山区地地形地貌存在在高差大、地地形复杂多变变、通视条件件不好、雨雾雾天气多等条条件，在山区区工程项目施施工测量中，传传统的的导线线测量、三角角高程测量方方法操作不便便且无法保证证精度。而GPS技术能够实实时提供任意意测点的三维维坐标；作业业区域站点之之间无需通事事；且不受天天气条件的影影响，可全天天候作业；点点位的精度可可实时显示；；每次放样过过程一致，测测量的点位精精度大致相同同，不存在累累计误差，可可保证测量精精度的均匀性性,可充分满足足山区工程测测量的技术要要求。本文通通过对GPS技术在山区区工程测量中中的应用探讨讨，希望能对对从事山区工工程测量的技技术人员有一一定的借鉴意意义。2工程地形形及概况元坝气田天然气气净化厂场平平工程，区域域南北长约984米，东西长长约549米。拟建场场地地形中间间高两侧低，最最高处为马家家梁，高程为为511米，最低高高程为446米，相对高高差65米，中部短短促的山梁呈呈宽缓的浑圆圆状，大体为为北西－南东东向延伸，由由较坚硬长石石石英砂岩组组成，其周边边形成陡壁，高5－8米。元坝场平工程现场不仅高差大，并且地面植被茂盛，遍地都是松林、灌木丛和梯田（水稻田）。牛包山隧道工程程，隧址区内内地势西高东东低，低山地地形。牛包山山隧道穿越地地段最高点位位于隧道洞身身段，其高程程为602.66m；最低点位位于隧道出洞洞口段，其高高程为503.669m，相对高差差为100m。地形较陡陡，基岩大面面积出露，自自然斜坡一般般45～60°，呈折线，局局部有6~10m的砂岩陡坎坎；山腰多为为荒山，植被被茂密，多为为柏树和杉树树。工程现场地形存存在高差大、地地形复杂多变变、通视条件件不好、雨雾雾天气多等不不利传统施工工测量的条件件。3GPS定定位技术原理理3.1GPSS工作原理GPSS系统是一种种采用距离交交会法的卫星星导航定位系系统，即在需需要的位置P点架设GPS接收机。在某一一时刻t同时接收了3颗(A、B、C)以上的GPS卫星所发出出的导航电文文，通过一系系列数据处理理和计算可求求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过过接收卫星星星历可获得该该时刻这些卫卫星在空间的的位置(三维坐标)，从而用后后方交会的方方法求得P点的三维坐坐标(Xp，Yp，Zp)。在GPS测量中中通常采用两两类坐标系统统：一类是在在空间固定的的坐标系统；；另一类是与与地球体相固固联的坐标系系统，称地固固坐标系统。我我们在工程控控制测量中常常用地固坐标标系统。在实实际使用中需需要根据坐标标系统间的转转换参数进行行坐标系统的的变换，来求求出所使用的的坐标系统的的坐标。这样样更有利于表表达地面控制制点的位置和和处理GPS观测成果，因因此在测量中中得到了广泛泛的应用。3.2RTKK测量的基本本原理实时动动态(ReallTimeeKineematicc--RTKK)测量系统，是是GPS测量技术与与数据传输技技术相结合，而而构成的组合合系统。是GPS测量技术发发展中的一个个新的突破。实时动态测量的的基本原理。在在基准站上安安置一台GPS接收机，对对所有可见GPS卫星进行连连续地观测，并并将其观测数数据通过无线线电传输设备备，实时地发送给给用户观测站站。在用户站站上，GPS接收机在接接收GPS卫星信号的的同时，通过过无线电传输输设备，接收收基准站传输输的观测数据据，然后根据据相对定位的的原理，实时地计算算并显示用户户站的三维坐坐标，其精度度可达到厘米米级。由于载载波相位测量量，差分处理理技术、整周周未知数、快快速求解技术术以及移动数数据通信技术术的融合，使使RTK在精度速度度、实时性上上达到了完满满的结合，便便可监测基准准站与用户站站观测结果的的质量和解算算结果的收敛敛情况，从而而可实时地判判定解算结果果是否成功，以以减少冗余观观测，缩短观观测时间。4GPS定定位技术在具具体工程中的的应用通过本本单位在川东东北山区参与与施工的的多多个生产实例例，结合GPS定位技术原原理及操作方方法通过控制制测量、原地地面测量、施施工测量及数数据处理四个个方面与常规规测量的对比比，展开对GPS定位技术在在山区工程测测量中的应用用探讨。4.1控制制测量元坝气田天然气气净化厂场平平工程，已知知控制点4个，控制点复复测采用拓普普康GTP-1102R全站站仪和苏一光光Z2水准仪，专业测量技技术人员四名名。导线测量：：采用拓普康康全站仪进行行观测，角度度采用测回法法观测两个测测回，每测站站往/返测四次水水平距离，取取其平均值。高高程测量：使使用水准仪采采用三角高程程法进行观测测，作业中做做到固定人员员与仪器，司司尺与标尺固固定。本次控控制点复测工工作采用常规规测量方法，由由于工程所在在区域地形高高差大、植被被茂盛、雨雾雾天气多等自自然因素，在在测量过程中中面临严重的的通视困难和和频繁的转放放支点及搬站站，费工费时时，增加人为为误差累积测测量精度降低低。项目部测测量人员历时时一周才完成成控制点复测测工作。经过元坝气田天天然气净化厂厂场平工程控控制点复测工工作，认识到到全站仪、水水准仪在山区区测量工作中中的困难度和和局限性。牛牛包山隧道工工程，已知控控制点6个（隧道进进出口各三个个），控制点点分布区域相相对高差大、植植被茂盛通视视条件比场平平项目更差，再再使用常规测测量方法进行行控制点复测测无疑难度比比场平项目更更大。结合工工程所在区域域地形地貌，牛包山隧道工程控制点复测工作采用GPS静态测量对控制点进行复测，采用仪器为苏一光A20型GPS接收机三台（仪器静态精度静态基线：±5mm+1ppm*距离；高程：±10mm+1ppm*距离），专业测量技术人员三名。在静态测量中采用单基准站式的布网：以一台接收机作为基准站，在某个测站上连续观测，其余的接收机载基准站观测期间，在其周围流动，每到一点就进行观测，流动站的接受机间一般不要求同步，流动的接受机每观测一个时段（观测时间50分钟左右），就与基准站间测得一条同步观测基线，所有这样测得的同步基线就形成了一个以基准站为中心的星形GPS网。经过平差处理，网中最弱边相对精度为1/60106，最高相对精度达1/137万；最弱点位中误差为±0.83cm。在贯通面上贯通误差左、右线分别为±0.707cm和±0.693cm。通过以上方法测得控制网为E级GPS网，精度满足设计施工要求。本次控制点复测工作在地形地貌更复杂的基础上一天完成复测工作。通过两个项目在在控制点复测测工作中采用用不同测量技技术的比较，我我们能得出GPS定位技术的的运用解决了了山区工程测测量中存在高高差大、通视视条件差等对对传统测量技技术的影响的的外界因素，极极大的提高了了工作的效率率和成果质量量。4.2原地面面测量对于场平、道路路路基等土方方施工量大的的工程项目，工工程前期的原原地面复测成成果成为影响响主要工程量量和利润的关关键因素。我单位施工的元元坝气田天然然气净化厂场场平工程位于于川东北山区区，在进行原原地面复测时时需要测量区区域超过60万平方米，途途经村庄、丘丘陵、山地、密密布的灌木丛丛或树林甚至至悬崖峭壁等等复杂的地形形地物。此时时，若采用常常规全站仪按按极坐标法在在实地作三维维放测，将面面临严重的通通视困难或频频繁的转放支支点及搬站。费费工费时，并并且难以满足足精度要求。由由于RTK是载波相位位实时差分为为依据的动态态定位技术，与与传统测量相相比，该套系系统除具有操操作快捷、精精度高、实时时性强、自动动化程度高等等优点外，还还不受天气、通通视情况的限限制，可全天天候作业，大大大提高工作作效益。它能能在施测过程程中实时得到到三维坐标（平平面坐标及高高程）且测量量精度可达到到厘米级。这这就使在山区区测量中应用用成为可能弥弥补了传统测测量的不足，并并且极大地提提高了测量效效率。经项目目部技术人员员研究决定放放弃采用常规规全站仪测量量技术才用GPS-RRTK技术进行原原地面复测。具体操操作流程：架架设好基站→启动基站流流动站→打开手薄蓝蓝牙连接流动动站→选文件图标标打开项目文文件（四川场场平）→选测量图标标点测量→观测→点校正→检测→点测量。在在测量过程中中可以根据具具体工程要求求随时修改测测量精度和测测量时间，测测量时仪器达达到精度要求求后才会开始始测量，点测测量完成后会会有语音提示示，测量点成成果自动排序序保存至手薄薄中。对于于有些卫星信信号差，电磁磁波干扰大的的地区可采用用GPS-RRTK与全站仪配配合的方法进进行。用RTK在要观测区区域两侧各引引两个控制点点。全站仪用用后方交会的的方法确定仪仪器的坐标后后进行测量。4.3施工工测量在施工过过程中的测量量工作主要是是测量放样，在在我单位参与与的场平及相相关道路工程程中具体通过过强夯和道路路路基施工介介绍GPS-RRTK在工程施工工测量中的应应用。场平平项目工程量量大，工期紧紧，建设单位位要求在一百百天完成30万方淤泥、200万方土石方方和30万平强夯的的施工任务，为为按期完成施施工任务项目目部投入翻斗斗车一百余辆辆，强夯机二二十余台同时时施工。填土土高程、区域域和强夯区域域需要及时进进行测量放样样，在施工过过程中每天需需要测量放线线的工作区域域二十余处，这这使得测量工工作十分繁重重。采用全站站仪和GPS-RRTK工作效率对对比表如下：：仪器名称最少人员建站时间踩控制点时间移站时间建站次数单点测量时间全站仪2人10分钟30分钟20分钟每观测区域移站站一次30秒GPS-RTKK1人15分钟30分钟无一次3-5秒通过上述对全站站仪和GPS-RRTK测量工作的的效率对比，我我们能得出若若是测量单一一区域较少测测量点，采用用全站仪和GPS-RRTK工作效率相相差不大，但但是场平项目目的实际情况况同时施工区区域多且测量量点密集。若若项目部测量量人员采用常常规全站仪工工作，就面临临频繁建站、测测量人员多的的问题，这使使得每个工作作日单台全站站仪观测区域域最多6--7个，根本完完成不了每天天的测量任务务。若是采用用GPS-RRTK技术，在施施工测量中不不需要多次建建站且单点观观测时间更短短，这两方面面的优势极大大的提高了工工程施工测量量工作的效率率。项目部测测量人员采用用GPS-RRTK技术工作后后使工作效率率极大的提高高确保了工程程的按期完成成。川东北山区道路路多为盘山路路高程变化大大、通视条件件差且伴随大大量的中桩边边桩计算。采采用GPS-RRTK技术可以将将整条道路的的曲线要素输输入仪器通过过自带数据处处理软件建立立相应的道路路模型，在具具体放样过程程中只需要打打开相应道路路模型输入要要放样的桩号号，RTK手簿马上就就显示出放样样点信息,并自动解算算出导航数据据,将放样点的的位置显示在在导航图的中中央。通过GPS-RTK方式测量出RTK天线在地方方坐标系下的的位置,并显示出当当前RTK天线位置与与放样点实际际位置的偏移移量,同时在导航航图上显示出出RTK天线应移动动的方向和距距离。当RTK天线位置与与放样点的实实际位置重合合时,即可得到放放样点的位置置。充分体现现了GPS-RRTK技术观测范范围广，操作作便捷，工作作效率高的优优势。4.4数据据处理对于数据处理我我们主要介绍绍GPS静态和GPS-RRTK相关的处理理软件和各种种数据参数变变化对测量成成果的影响。仪器和电脑可以以通过数据线线链接以DAT数据文件进进行同步传输输，处理GPS静态测量数数据采用FGO20008数据处理软软件。在数据据处理过程中中只需要将项项目细节、坐坐标系统、七七参数和观测测数据导入数数据处理软件件，按软件数数据处理步骤骤操作，平差差结果中的全全部内容输出出成一个HTML报告形式，如如下图软件还有其他的的成果输出方方式，具体成成果输出方式式可以根据工工作需要自行行设置。在道路测量工作作中可以根据据GPS-RRTK测量数据配配合纬地道路路软件生成道道路纵横断面面图和相应的的桩号工程量量，这里不做做具体介绍。我我们主要通过过场平项目中中SEI料场区域介介绍RTK数据配合南南方cass77.0测量软件进进土石方计算算的方法。SEI料场面积积80618平方，原地地面测量点1264个，施工开开挖后测量点点460个。在计算算前，须用施施工开挖测量量点高程建立立DTM三角网，并并使用“等高线/三角网存取/写入文件”保存为*.sjw文件。在方方格网土方计计算对话框中中，顶部选择择所需要的坐坐标文件（原原地面测量点点坐标数据）。下下部选择设计计的三角网文文件（施工开开挖后测量点点建立的三角角网文件*.sjw），点击“确定”，即可进行行方格网土方方计算。计算算完成后会在在CAD上形成一个个方格网计算算的成果图。有有总面积、总总填方、总挖挖方工程量，每每个方格网四四角各标有经经过内插法形形成的施工前前后两期高程程。在使用方格网计计算土方量时时，方格网的的边长长度设设定对测量成成果会产生一一定的影响。山山区地形多为为丘陵、山地地、甚至悬崖崖峭壁若，方方格网四角高高程是通过就就近点捕捉内内插生成，若若采用边长较较长的方格网网进行计算，就就会使方格网网中间突出的的部分土方量量无法计算在在内。在对场场平项目SEI料场区域土土石方计算过过程中分别才才有边长20m和10m两种方格网网进行计算比比较。采用20m方格网计算算总挖方量为为3319771.2方，采用10m方格网计算算挖方量为3563007.6方；工程量量相差243366.4方占总工程程量的6.8%。这是很大大一块利润增增长点，项目目测量人员通通过采用较小小边长方格网网计算为工程程项目增加了了效益。由原理可知，方方格的宽度越越小，计算精精度越高。但但如果采用方方格网宽度值值太小，超过过了野外采集集的点的密度度也是没有实实际意义的。这这需要根据实实际工程项目目和建设单位位、监理单位位沟通后确定定。5总结