GPS-RTK技術(shù)在公路橫斷面測繪中的應(yīng)用項目設(shè)計方案

1 術(shù)在公路橫斷面測繪中的應(yīng)用 項目設(shè)計方案 第一章 引 言 題的目的 及 意義 隨著測繪技術(shù)的快速發(fā)展， 術(shù)憑借其 (1) 不 受到地形、氣候、季節(jié)等諸多因素的影響 以及 作業(yè)速度 快，不受 見度低 , 通視條件差 的影響依舊能夠正常工作； (2) 定位精度 相對較 高 , 測量得到的 數(shù)據(jù)安全可靠 而且 測站 之 間 不 需要 通視。在沒有已知基準點或 者是已知的 基準點 位置變化很大 而造成的控制點 不夠 的地區(qū) ，或者是 由于地形 繁雜 、 遮擋嚴重 而造成的通視困難地區(qū) ， 夠迅 速的、高精度定位 ； (3) 綜合 作業(yè) 能力強 、 高 集成度 且容 易實現(xiàn)自動化?？蓜偃胃鞣N測量內(nèi)、外業(yè) 任務(wù) ?；鶞收?可以 為不同用戶 給出 多 類 信息輸出 , 流動站使用 內(nèi)置 的 軟件控制系統(tǒng) , 在 工作過程中 , 無需人工 干涉就 可進行整周未知數(shù)的動態(tài)初始化解算 , 使 協(xié)助 測量工作 大 大 的消減 , 作業(yè) 的 精度也 是 自動控制和記載 ,從而使 可能建成 自動化作業(yè)指揮系統(tǒng) ； (4) 掌握 簡便 , 對作業(yè) 的 條件 相對要求不高 , 數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲能力強 , 而且和 計算機、全站儀等測量儀器 的通信方便 ； (5) 使用較少的測量人員就可以完成測量任務(wù) , 定位 效率高 , 綜合效果突出 。 收機 只 需一個人 進行 操作 , 在待測點等待 1 2 秒 就可以測量得到這個 點的坐標 ,野外工作 效率高 、 內(nèi)業(yè) 方面方便 計算機 進行數(shù)據(jù) 處理 , 節(jié) 約 了時間和人力 等長處漸漸的被人們所熟知，并被應(yīng)用于測繪的各個領(lǐng)域。 而傳統(tǒng)的道路橫斷面測量方法大量使用抬桿法、水準儀皮尺法或者全站儀法（經(jīng)緯儀視距法）。此中抬桿法測量橫斷面的精度相對來說比較低，難以得到現(xiàn)代工程尤其是高等級公路對測量精度的需求；水準儀皮尺法或者全站儀法的測量精度相對來說高一些，然則受到通視這個前提的限制以及需要測站上觀測人員和跑尺人員的配合，降低了工作效率，工作量大，嚴重的制約了工程的進度及 質(zhì)量。 2 研究 術(shù)在公路橫斷面測繪中的應(yīng)用的意在怎樣利用 術(shù)來解決傳統(tǒng)的道路橫斷面測量中工作量大、效率低，嚴重限制工程進度、成本以及質(zhì)量的問題。于是，研究 術(shù)在公路橫斷面測繪中的應(yīng)用 不光具備理論意義，更重要的還在于其有非常重要的現(xiàn)實意義，有著很廣泛的應(yīng)用遠景。 料調(diào)研分析 時動態(tài)差分法。這是一種新的 經(jīng)常使用 的量方法， 位技術(shù) 其實 是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在 指定 的 坐標系中的三維定位 成果 ，并達到厘米級精度 。這 是 用的 重大里程碑，它的 泛起 為工程放樣、地形 圖的測量以及 各 類控制測量帶來了新 的前景 ，極大地 抬升野外 作業(yè) 的效能 。 公路橫斷面測量就是測 量垂直于 公路中線方向上 的一條直線的 地形的 升沉變化的 情況，用于路基 (包 含 排水、用地 )、擋墻、防護工程設(shè)計和土石方工程量的計算等 。 大量使用抬桿法、水準儀皮尺法或者全站儀法（經(jīng)緯儀視距法）， 工作量大卻造成效率低下，嚴重的制約著工程的進度、成本以及質(zhì)量。 通過查閱文獻可知，采用 術(shù)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的站點之間不需要通視。天氣 條件對 不成影響，可全天候進行工作而不必考慮白天還是晚上。關(guān)于測設(shè)精度方面，使用 術(shù)，點位精度可以及時的顯示，而且放樣每一根中樁時，測點精度大抵相同，不存在累計誤差，基本大體上達到了測量精度的均勻分布。將其應(yīng)在公路橫斷面測量中有廣泛的應(yīng)用前景，且適用于多種條件下的測繪工作。 設(shè)計方案的可行性分析和預(yù)期目標 行性分析 術(shù)是作為一種經(jīng)常使用的 量方法，被廣泛的應(yīng)用于各類不同比例的地形測量當中。 1現(xiàn)以山東理工大學(xué)校園內(nèi)的橫斷面測量資料作為基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)，使用 課題 的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料 。 2在觀測過程中，對測量點進行合理的代碼編寫，并應(yīng)用 序編寫數(shù)據(jù)處理程序得出橫斷面數(shù)據(jù) 。 預(yù)期目標 1了解 術(shù)特點； 3 2總結(jié)使用 行公路橫斷面測繪的方法步驟以及注意事項 。 3應(yīng)用 件編寫出合適的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 。 4將其與常規(guī) 公路橫斷面測繪相對比 ，通過 分析總結(jié)出 術(shù)在公路橫斷面測繪中的優(yōu)勢與局限，便于應(yīng)用到工程項目中提高 工程進度、成本 以及質(zhì)量。 第二章 相關(guān)理論 4 第二章 全 球定位系 統(tǒng)是（ 英文縮寫，是跟著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 星定位測量是利用 統(tǒng)解決大地測量的一項空間技術(shù)。 點 利用導(dǎo)航衛(wèi)星進行測時和測距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。 有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此， 術(shù)在大地測量、工程測量、航 空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在物探測量工作中廣泛普及及應(yīng)用。對于物理點的放樣已經(jīng)不再僅僅是采用測角和量距，而是借助 航衛(wèi)星信號來確定地面點的準確位置。 成 星定位系統(tǒng)由 3 部分組成： （ 1）空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收設(shè)備部分。其中 空間部分是由 24 顆工作衛(wèi)星組成 ,它位于距地表 20200上空 ,均勻分布在 6 個軌道面上 (每個軌道面 4 顆 ) ,軌道傾角為 55 。此外 ,還有 4 顆有源 備用 衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀 測到 4 顆以上的衛(wèi)星 ,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續(xù)的全 球 導(dǎo) 航 能 力 。 星 產(chǎn) 生 兩 組 電 碼 , 一組稱為 C/A 碼( 一 組 稱 為 P 碼 (0123P 碼因頻率較高 ,不易受干擾 ,定位精度高 ,因此受美國軍方管制 ,并設(shè)有密碼 ,一般民間無法解讀 ,主要為美國軍方服務(wù)。 C/A 碼人為采取措施而刻意降低精度后 ,主要開放給民間使用。 （ 2） 地面控制部分由一個主控站 ,5 個全球監(jiān)測站和 3 個地面控制站組成。監(jiān)測站均 配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù) ,包括電離層和氣象數(shù)據(jù) ,經(jīng)過初步處理后 ,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù) ,計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù) ,然后將結(jié)果送到 3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時 ,第二章 相關(guān)理論 5 把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆 星每天一次 ,并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障 ,那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時間 ,但導(dǎo)航精度會逐漸降低。 （ 3） 用戶設(shè)備部分 即 號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率 ,解調(diào)出 衛(wèi)星軌道參數(shù) 等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi) 軟件 以及 據(jù)的后處理 軟件包 構(gòu)成完整的 戶設(shè)備。 收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內(nèi)和機外兩種直流電源。設(shè)置機內(nèi)電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內(nèi)電池自動充電。關(guān)機后，機內(nèi)電池為 儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目 前各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。 航系統(tǒng)的基本原理是 通過 測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離， 進而 綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就 確定 接收機的具體位置。要達到這一目的 話 ，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出 ， 而用戶到衛(wèi)星的距離則通過 記錄 衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到 (由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（ 當 星正常工作時，會不斷地用 1 和 0 二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。 統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的 C/A 碼和軍用的 P(Y)碼。 C/復(fù)周期一毫秒，碼間距 1 微秒，相當于 300m； P 復(fù)周期 ，碼間距 秒，相當于 30m。而 Y 碼是在 P 碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以 50b/航電文每個主幀中包含 5 個子幀每幀長 6s。前 三幀各 10個字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時更新一次。后兩幀共 15000b。 第二章 相關(guān)理論 6 而 導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要 是 遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第 1、 2、 3 數(shù)據(jù)塊，其中最重要的 部分 則 是 星歷數(shù)據(jù)。當用戶接受到導(dǎo)航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶 之間的 距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處 的 位置，用戶在 地坐標系中的位置速度等信息便可得知 。 量原理主要有兩種： （ 1）碼相關(guān)偽距測量原理：碼相關(guān)法偽距測量是 通過調(diào)整自相關(guān)函數(shù) 值，測定測距碼信號由衛(wèi)星到達測站的傳播時 間實現(xiàn)的。自相關(guān)函數(shù)的嚴格表達式是 01 (2式中， t 為測距碼信號的傳播時間； 為接收機復(fù)制碼延遲； 為測距碼信號； 接收機復(fù) 制碼信號； T 為測距碼信號周期。 自相關(guān)函數(shù)具有下述 3 種可能的狀態(tài)： 1）當 t 時 ,由于兩個碼序列的結(jié)構(gòu)相同，測距碼序列與復(fù) 制碼序列完全對齊 ,因而任意時刻兩個碼的狀態(tài)相同，其乘積碼恒 等于 1。這時，自相關(guān)系數(shù)也等于 1，即 TT (22） 時，即兩個碼序列錯開一個碼元。如果假定周期5，其中 7 碼元乘積波形 為 +1,8 碼元乘積波形為 而在一個周期 T,0 上，積分 10 (2由此，自相關(guān)函數(shù) 10 (2第二章 相關(guān)理論 7 上述結(jié)論，對于任意 均成立。 3） 時，也就是兩個碼序列錯開不足一個碼元時，若已假定5，那么自相關(guān)函數(shù)在 t 分別等于碼元寬度的 1/5、 2/5、 3/5、 4/5 時的值由表 1 時，有 1/1 由于兩個碼序列的結(jié)構(gòu)相同，因此自相關(guān)函數(shù)顯然具有對稱性。圖 1是根據(jù)上面討論的結(jié)果繪制的自相關(guān)函數(shù)圖像。 圖 2相關(guān)函數(shù)圖像 表 2 時自相關(guān)函數(shù) 值 t 0 1/5 2/5 3/5 4/5 1 1 59/75 43/75 27/75 11/75 5 當衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號經(jīng)過 t 秒傳播時間后到達接收機時 ,接收機立刻產(chǎn)生出一個結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼序列 ,并在時延器的控制下不斷調(diào)整 ,直到 1止 即有 t ,信號傳播時間 t 一旦測定 ,只要乘以光速 c ,即可獲得衛(wèi)星至測站的距離，但是由于其中包含衛(wèi)星鐘和接 收機鐘的不同步誤差，因此稱為偽距，以記號 表示。 （ 2）載波相位測量原理 假定衛(wèi)星 S 發(fā)出的載波信號，在接收機 M 處的相位為 M ，而在衛(wèi)星 S 處的相位為s。那么衛(wèi)星 S 至接收機 M 間的距離 就可以粗略地表示為 1/T +1 0 ut二章 相關(guān)理論 8 衛(wèi)星信號 S SM M 0 0 a M 0 接收機信號 衛(wèi)星信號 S a 接收機信號 衛(wèi)星信號 a M b S b (2式中， 為載波的波長， M 和s均由某個起點開始，包括整周數(shù)和不足一整周數(shù)的載波相位值，其單位為周（圖 2. 但是，s在實際工作中無法測得，代替的辦法是有接收機的振蕩器產(chǎn)生一個頻率與初相和衛(wèi)星信號完全相同的基準信號，使得任一瞬間接收機基準信號的相位就等于衛(wèi)星 S 處發(fā)射的信號相位，因此 。如果接收機接到的載波信號相位為 a ，那么由衛(wèi)星 S 到接收機M 間的距離 可表示成 (2圖 2載波相位測量原理 在實際進行載波相位測量時，但接收機跟蹤上衛(wèi)星信號，并在起始歷元0 相關(guān)理論 9 間進行首次載波相位測量時，所測得的相位差應(yīng)包括整周部分和不足一整周部分 0F ，相位差觀測值應(yīng)為 0000 (2式中， 為0； 為接收機在0是，由于載波是一單純的正弦波，不具有任何辨別標記，因此無法知道正在測量的是第幾周的相位。 (2圖 2載波相位測量 換句話說，0為整周未知 數(shù)（或稱為整周模糊度）。而接收機在0 0F 。在0 收機電路中的計數(shù)器會自動記錄從0 因此，所測得的載波相位測量值中包含整周數(shù) F 。如果以符號表示在式中，整周數(shù) 0，而在其余各次測量值中為整數(shù)。當接收機連續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號時，所測得的每個相位觀測量顯示含有同一整周未知數(shù)0N（圖 2因此， 00 (20N 0F M 0N 第二章 相關(guān)理論 10 當衛(wèi)星信號中斷時，將丟失 的一部分整周數(shù)，稱為整周跳變，簡稱周跳。而 F 是瞬時值，不受周跳影響。 基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送給運動中的流動站，在流動站通過無線電接收基準站所發(fā)射的信息，將載波相位觀測值實時進行差分處理，得到基準站和流動站基 線向量（ X, Y, Z） ;基線向量加上基準站坐標得到流動站每個點 標，通過坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個點的平面坐標 x,y 和海拔高度 h，這個過程稱做 位過程。 據(jù)處理時基準站和流動站之間的單基線處理過程，采用基準站和流動站的載波相位觀測值的差分組合載波相位，將動態(tài)的流動站未知坐標作為隨機的未知參數(shù)，載波相位的整周模糊度作為非隨機的未 知參數(shù)解算。 （一）系統(tǒng)組成 收機：能夠測量到載波相位的 收機都能夠進行接收 位，但是為了能夠快速、準確地求解整周模糊度，雙頻接收機比較理想。 1）基準站發(fā)射電臺：一般為外置的獨立電臺。 2）流動站接收電臺：可以內(nèi)置在接收機內(nèi)部，也可以有外置的獨立電臺。 3）中繼站電臺：可以轉(zhuǎn)發(fā)接收站信號，既接收基準站發(fā)送的信號有獎接收信號發(fā)送出去，一般是外置的獨立電臺。 于 業(yè)過程中，流動站一般由 收機和 對中桿組成，為了方便建立測量項目、建立坐標系統(tǒng)，設(shè)置測量形式和參數(shù)、設(shè)置電臺參數(shù)實，時閱讀、存儲測量坐標和精度，設(shè)計放樣坐標或參數(shù)、指導(dǎo)放樣等，一般采用手持式的電子手簿比較方便。 （二） 位系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 位系統(tǒng)有一套基準站、至少一套流動站組成，必要時需要中繼電臺。 套基準站 收機及天線、獨立的基準站發(fā)射電臺及天線、第二章 相關(guān)理論 11 有可能配置的電子手簿（如果接收機無顯示面板時）。由于基準站設(shè)置次數(shù)少，一般與流動站共用電子手簿，使用電子手簿設(shè)置完成基準站后，轉(zhuǎn)給流動站使用。 業(yè)測量作業(yè)時，可以使用多臺流動站同時作業(yè)，每 一套流動站的結(jié)構(gòu)為：一套流動作業(yè)的 收機及天線、流動站接收信號的電臺（有的廠家可以將其內(nèi)置于 收機）及天線、設(shè)置和顯示使用的電子手簿。 了擴展 業(yè)范圍和距離，必要時可以在基準站和流動站之間設(shè)立中繼站電臺。 一載波相位測量為根據(jù)的實時差分 量， 位技術(shù)的作業(yè)原理是將基準站采集的 星載波相位測量通過調(diào)制解調(diào)器進行編碼和調(diào)試，經(jīng)電臺數(shù) 圖 3 量原理示意圖 據(jù)鏈發(fā)射出去。移動站在對 星進行觀測并采集載波相位觀測量的同時，也接收來自基準站的電臺信號，對所接受的信號進行解調(diào)和實時分析處理，并根據(jù)衛(wèi) 星星星 基準站 接收機 流動站 接收機 基準站 坐標 無線通 信設(shè)備 基準站 觀測數(shù)據(jù) 無線通 信設(shè)備 實時解算 兩站之間的基線 實時解算流動站 標 轉(zhuǎn)換為當?shù)?基準坐標 第二章 相關(guān)理論 12 給定的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，只要保證有 4 顆以上的衛(wèi)星香味觀測值的跟蹤和必要的衛(wèi)星幾何圖形，移動站便可實時給出厘米級的定位結(jié)果。如圖 2量原理示意圖。 量過程一般包括：基準站選擇和設(shè)置、流動站設(shè)置、中繼站的設(shè)立等。 準站的觀測點位選擇和系統(tǒng)設(shè)置 （一）基準站的觀測點位選擇 位的數(shù)據(jù)處理過程是基準站和流動站之間的單基線處理過程，基準站和流動站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞、無線電的信號傳播質(zhì)量好壞對定位結(jié)果的影響很大。野外工作時，測站位置的選擇對觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量、無線電傳播影響很大。但是，流動站作業(yè)點只能有工作任務(wù)決定觀測地點，所以，基準站位置的有利選擇非常重要。 1為了觀測到更好的觀測數(shù)據(jù) 1）為了保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測和衛(wèi)星信號的質(zhì)量，要求基準站上空應(yīng)盡可能開闊，讓基準站盡可能跟蹤和觀測到所有在視野中 的衛(wèi)星；在基準站 線的5 度到 15 度高度角以上不能有成片的障礙物。 2）為減少各種電磁波對 星信號的干擾，在基準站周圍約 200m 的范圍內(nèi)不能有強電磁波干擾源，如大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線等。 3）為避免或減少多路徑效應(yīng)的發(fā)生，基準站應(yīng)遠離對電磁波信號反射強烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。 4）為例提高 業(yè)效率，基準站應(yīng)選擇在交通便利、上點方便的地方。 5）基準站應(yīng)選擇在易于保存的地方，以便日后的應(yīng)用。 2為了數(shù)據(jù)鏈電臺傳輸數(shù)據(jù) 1）由于電臺信號傳播屬于直線傳播，所以為 了基準站和流動站數(shù)據(jù)傳輸距離更遠，基準站應(yīng)選擇在地勢比較高的觀測點上。數(shù)據(jù)傳輸距離和測站高度的關(guān)系式為： ）（）傳輸距離（ 流動站基準站 m)(24.4 第二章 相關(guān)理論 13 其中：基準站h，流動站線的高度比工作地區(qū)地面高出的部分，單位是 m。 2）基準站電臺的功率越大越好：常用功率為 25W、 35W 等。 3）電臺頻率應(yīng)選擇本地區(qū)無線電使用較少的頻 率，并且要求使用頻率和本地區(qū)常用頻率差值較大，所以要到工作區(qū)域的無線電管理委員會作調(diào)查。 （二）基準站的系統(tǒng)設(shè)置 基準站的設(shè)置包括：建立項目和坐標系統(tǒng)管理、基準站電臺頻率的選擇、作方式的選擇、基準站坐標的輸入、基準站工作啟動等。 1建立項目和坐標管理系統(tǒng) 1）建立工作項目的名稱、單位的選擇等 2）坐標系統(tǒng)管理 參考橢球的選擇或橢球參數(shù)的輸入 投影方式和度帶選擇或建立 大地水準面資料的選擇 平面轉(zhuǎn)換參數(shù)的輸入 高程轉(zhuǎn)換參數(shù)的輸入等 2基準站電臺頻率的選擇 根據(jù)對本地區(qū)無線電頻率的了解，選擇一種理想的頻率，流動站和基準站必須使用同一個頻率。基準站電臺頻率可以在計算機上設(shè)置和選擇，當基準站電臺帶有顯示時，可以通過面板設(shè)置。 3 作方式的選擇 用電子手簿選擇 作方式為 業(yè)方式。 4基準站坐標的輸入 設(shè)置本站為基準站，一般將基準站置于 坐標已知的控制點上，所以可以輸入已知點的點名、平面坐標和海拔高（如需要時也可以輸入其他坐標系統(tǒng)坐標）及線高度。 5基準站 作啟動 第二章 相關(guān)理論 14 以上設(shè)置完成后，可以啟動 準站，開始測量并通過電臺發(fā)送數(shù)據(jù)。 動站 流動站 設(shè)置包括：建立項目和坐標系統(tǒng)管理、流動站電臺平率的選擇、有關(guān)坐標的輸入、 作方式的選擇、流動站 作啟動、使用 動站測量地形點等。 （一） 建立項目和坐標系統(tǒng)管理 1建立工作項目的名稱、單位的選擇等 2坐標系統(tǒng)管理 3參考基準站坐標系統(tǒng)管理 從帶有繪圖軟件的 算機中將存有各種繪圖要素代碼的屬性庫文件傳入電子手簿。屬性是關(guān)于要素代碼的一條描述信息，例如，對于要素代碼“ 屬性可以有種類、高度、周長和狀態(tài)。在野外采集的每個“ 素代碼都有各自的屬性值。 （二） 流動站電臺頻率的選擇 根據(jù)對本地區(qū)無線電頻率的了解，選擇一種理想的頻率，流動站和基準站必須使用同一頻率。流動站電臺頻率可以在計算機上設(shè)置和選擇，也可以通過電子手簿設(shè)置。 （三） 有關(guān)坐標的輸入 在電子手簿輸入測區(qū)中其他控制點的坐標，一共求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)或作為地形測量過程中的檢查點使用。 （四） 作方式的選擇 用電子手簿選擇 作方式為 業(yè)方式。 （五） 流動站 作啟動及定位原理 以上設(shè)置完成后，可以啟動 動站，開始按 動站工作方式進行實時載波相位差分定位。具體計算定位原理如下： 1 觀測量：基準站和流動站之間的差分載波相位等隨機觀測量（一般采用雙差分載波相位觀測量）。 2 未知參數(shù)：隨機的動態(tài)點坐標、非隨機的載波相位整周未知數(shù)。 第二章 相關(guān)理論 15 3 使用最小二乘的平差計算方法： 將雙差分觀測方程按泰勒級數(shù)分元展開： 2211 (2其中： ，1 ，為未知點坐標的改正數(shù)； 2X，為載波相位的整周模糊度。 按最小二乘原則 ，用消元法先消去 1X ，求出 2X 。 （ 1） 如果不將模糊度整數(shù)化，帶入方程求出 ，： 21 X ，此點稱為浮點解。精度：分米的水平。 （ 2） 如果不將模糊度整數(shù)化，帶入方程求出 ，： 21 X ，此點稱為固定解。精度：為厘米級。 設(shè) 000 ，流動站坐標： 000 ，(2 于 位的數(shù)據(jù)處理過程屬于計算基準站和流動站之間基線向量（坐標差）的過程 ，不存在網(wǎng)平差處理，所以精度評定跟靜態(tài)測量基線處理的精度評定相似，一般使用以下指標： （ 1） 載波相位的整周模糊度是否固定 量規(guī)范規(guī)定流動站距離基準站的距離不超過 15為在 15據(jù)處理的載波相位的整周模糊度能夠得到固定解，這樣定位精度才能達到厘米級。 （ 2） 均方根 這里表示 位點的觀測值精度，它是包括大約 70%的定位數(shù)據(jù)的誤差圓的半徑。 量中一般用距離單位（ m）表示 只有點位觀測值精度達到要求時，載波相位的整 周模糊度才能夠得到固定解，坐標精度才能滿足精度要求。一般是喲個平面和高程兩種均方根： 平面均方根 示平面坐標的定位精度。 高程均方根 示高程坐標的定位精度。 （六） 使用 動站測量地形點 第二章 相關(guān)理論 16 地形點的測量一般有以下兩種方式： 一般用于測量等高線點或測量連續(xù)曲線點（如湖、水庫、圍墻等的邊線）的坐標，這些測量的圖形屬性一樣。 測量時設(shè)置測點的精度限差要求；設(shè)置測點按時間間隔或 距離間隔測量的間隔時間或間隔距離，輸入起點點號、圖形屬性后開始測量。等到觀測精度滿足精度限差時，電子手簿按時間間隔或距離間隔記錄坐標數(shù)據(jù)和測點圖形屬性。 2非連續(xù)地形點測量 一般用于圖形屬性不同、精度要求不同、無法連續(xù)測量的測點（如電線桿、下水井或上水井等）。 測量時，一般設(shè)置測點的精度限差要求、觀測時間、記錄測量坐標 的次數(shù) (由于平均計算最終坐標 )，然后開始測量，等到測量次數(shù)滿足時，將坐標的均值、精度及圖形屬性記錄在電子手簿。 繼站電臺的設(shè)立 由于工作環(huán)境的復(fù)雜性，基準站和流動站之間 往往無法避免障礙物對電臺通訊的影響，這是中繼站電臺可以起到比較好的補救作用：一是因為它可以接收來自基準站的信號，又可以將其發(fā)送出去供流動站使用；而是應(yīng)為中繼站電臺只轉(zhuǎn)發(fā)信號，所以不必安排在已知點上，完全可以按需要隨時任意安排位置。 1中繼站電臺點位選擇 一般將中繼站電臺設(shè)置在基準站和流動站之間的地勢較高、可以盡可能覆蓋測區(qū)的地方。中繼站電臺所處位置應(yīng)保證其既能接收到基準站發(fā)射的信號，同時其發(fā)出的信號也能被流動站接收到。 2中繼站電臺設(shè)置 用計算機設(shè)置，選擇中繼站選項。 信號傳播過程中會因為損耗而是信號 強度變?nèi)?，所以，在基準站和流動站之間使用的中繼站電臺個數(shù)一般不超過兩臺。 第三章 公路橫斷面測量 17 第三章 公路橫斷面測量 為了實現(xiàn)公路斷面測量方法的一體化、自動化以及快速化，廣大測繪工作者正在積極研究各種方法、設(shè)備，朝著這個目標不懈努力。全站儀功能的不斷完善，以及新一代三維激光掃描儀的出現(xiàn)似乎使測量工作朝著自動化、一體化方向邁進。然而，全站儀卻存在著觀測誤差積累、需要通視點等缺點，影響著觀測質(zhì)量和測量成本，而三維激光掃描儀雖然測量準確但是價格昂貴，數(shù)據(jù)量大，不便于處理。而 統(tǒng)的出現(xiàn)正好 解決了傳統(tǒng)測量方法費時費力且誤差較大的缺點以及三維激光掃描儀價格昂貴數(shù)據(jù)量大的問題，可以當場獲得厘米級的三維坐標，抬升了測量效率，節(jié)約了人力財力的同時還能抬高工程進度。為公路建設(shè)過程中的橫斷面測量給出了一種簡便快捷的測量法子。 以前的公路勘測設(shè)計方案是需要經(jīng)由一系列的施工作業(yè)環(huán)節(jié)：（ 1）使用航片或已有的公路沿線的地形圖進行外業(yè)的踏勘工作，從而選定出公路走向的初期計劃，并根據(jù)已有資料搜尋公路附近幾公里范圍內(nèi)已有的國家控制點；（ 2）使用全站儀進行公路沿線的地形的帶狀控制同時還要加密圖根測量；（ 3）根據(jù)初步方案確 定的公路線路，用全站儀按照一定的寬度一定比例進行帶狀地形圖測量；（ 4）再次利用測量的地形圖進行進一步的選線設(shè)計；（ 5）借助于工程區(qū)域內(nèi)的各級控制點進行路線的中線放樣、邊線放樣，繼而憑據(jù)所測地形圖計算各個樁位的填挖工作量；（ 6）進行線路橋涵工程以及土石方的施工測量；（ 7）接著進行路面的鋪裝的施工測量；（ 8）進行線路里程樁的標定和公路竣工驗收測量。 經(jīng)過上面的作業(yè)環(huán)節(jié)可以了解到，在公路勘測設(shè)計的各個時期測量工作都是不能也不可缺少的重要環(huán)節(jié)的，況且同一測站的測量工作可能要重復(fù)五六次，甚至還要多一些。在野外施工的周 期占大部分，勞動強度比普通技術(shù)人員大，導(dǎo)致了生產(chǎn)的成本一直很高，大大的制約了工程的進度。 2000 年以后，因為 位技術(shù)在公路勘測工作中的大量使用，測量作業(yè)人員的勞動強度才少少的減小一些，但是對于整個野外作業(yè)的各個環(huán)節(jié)來說還是沒有太大的質(zhì)的變革，因此作業(yè)周期仍無明顯的縮短的趨勢。然而， 術(shù)日趨成熟，以及它本身就有的那些較于傳統(tǒng)測量方法的測量高精度、快速度以及強可靠性的特質(zhì)為公路勘測一體化的達成提供了強有力的保證。 在公路勘察測量方面 要是在低等級控制點的加密、數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù) 采集、中線放樣、縱橫斷面測量等方面使用。在線路控制網(wǎng)的加密時使用第三章 公路橫斷面測量 18 因為其定位精度可以達道厘米級。 量技術(shù)包含有坐標的三維信息，可用于數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)收集和公路前期建設(shè)過程中的縱橫斷面的測量、中線放樣。在中線地面位置放樣的過程中，還可以順便得倒縱斷面的個各中樁的三維坐標數(shù)據(jù)。 公路的縱、橫斷面放樣：在縱斷面進行放樣時，首先要把需要被放樣的點的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中，生成一個施工測設(shè)放樣點文件，并且儲存起來，便可以隨時到施工現(xiàn)場進行放樣和測設(shè)。橫斷面放樣時，首先要確定出來橫斷面的形式，繼而把橫斷面設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)用電腦輸入到電子手簿中，生成一個施工測設(shè)放樣點文件，儲存起來，就可以隨時到施工現(xiàn)場進行放樣和測設(shè)。同時軟件可以幫助我們自動地與地面線銜接，且可以利用“斷面法”進行土方量的計算。使用專用的繪圖的軟件，可以繪制出公路沿線的縱斷面以及各中樁點的橫斷面圖來。而且所用的數(shù)據(jù)都是測量帶狀地形圖時所采集的，因此不需要到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量，可以大大的消減了野外工作的工作強度。 雖然公路勘測工作步驟繁瑣環(huán)節(jié)眾多，但是 術(shù)應(yīng)用于公路勘測工作后，便可以按照“靜態(tài) +動態(tài)”作業(yè)方式， 甚至是“定位 +放樣”作業(yè)方式，以便簡化作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，達到一體化這一勘測目標。 “靜態(tài) +動態(tài)”的一體化作業(yè)方式 這種作業(yè)的方法就是將公路勘測的野外工作分為靜態(tài)作業(yè)和動態(tài)作業(yè)兩個不同的大環(huán)節(jié)。靜態(tài)作業(yè)這一環(huán)節(jié)就是充分利用 術(shù)在建立全線基礎(chǔ)控制網(wǎng)方面能提供高精度的框架，還可以為動態(tài)作業(yè)提供轉(zhuǎn)換參數(shù)的特點；動態(tài)作業(yè)這一環(huán)節(jié)則是利用 術(shù)在各個工程段進行中樁以及線路放樣和特征點的測量。需要流動站分工明確，如一部分負責測圖，一部分負責放樣。其實質(zhì)就是擴大 術(shù)的應(yīng)用范圍，而關(guān)鍵則在于實 時 統(tǒng)的數(shù)量。數(shù)量越多，勘測效率越高。但前提是一臺 準站最多可以配合 4 5 臺流動站在方圓 15地區(qū)使用。 “定位 +放樣”的一體化作業(yè)方式 這類作業(yè)的方式則是將公路勘察測量的工作大體分成定位作業(yè)和放樣作業(yè)兩個不同的大環(huán)節(jié)。首先定位作業(yè)是利用 術(shù)，在 標系統(tǒng)（或標系）下，流動站分別進行靜態(tài)測量和實時定位。這樣分階段進行，完成整條公路的外業(yè)的測量工作，繼而再經(jīng)過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件的處理，導(dǎo)出待測區(qū)域的全部的需要測量的點的三維坐標及相關(guān)數(shù)據(jù)， 并且得到相應(yīng)比例的工程第三章 公路橫斷面測量 19 區(qū)域的數(shù)字化地形圖。接著就是下一環(huán)節(jié)放樣作業(yè)了，則依舊使用 術(shù)，但是這是在 標系統(tǒng)下，按照定位作業(yè)時所給的坐標轉(zhuǎn)換七參數(shù)和公路線形點的工程設(shè)計坐標，使用 統(tǒng)中的點位放樣功能，完成全部待放樣點的放樣工作。這種作業(yè)的方式的效率高低依舊在于實時 統(tǒng)同時使用的多少。因為每個點是由兩個不同的已知點進行實時檢核得到的平差成果，所以各點的各項精度指標均在預(yù)先設(shè)定的工程設(shè)計標準以內(nèi)，況且假如參考站坐標傳遞存在問題，則在成批解算的流動點位的坐標差中必然會 產(chǎn)生明顯的變化從而別察覺。所以，整個測區(qū)所有點位的 量成果是一個精度均勻，絕對可靠的，不需進行任何的內(nèi)業(yè)后處理，只要按照同平面及高程的已知點位匹配情況進行坐標轉(zhuǎn)換以及高程擬合并輸出測區(qū)的點位成果表，以后就可以按照轉(zhuǎn)換后的坐標與高程系統(tǒng)輸出相應(yīng)的數(shù)字化地形圖，最后將這些數(shù)字化地形圖用在修正后的線路模型，并推算出工程建設(shè)過程中所需要進行挖填的土石方工作量。隨后就能夠進行 導(dǎo)下的線路的施工放樣、各里程樁的測設(shè)及其它各階段的測量工作。 線路橫斷面測 量的重中之重是在各個中樁點處測定垂直于道路中心線方向的地面升沉變化，然后繪制該中樁處的橫斷面圖。橫斷面圖施舍記錄集橫斷面、計算土石方和施工時確定路基填挖邊界的依據(jù)。要測量的橫斷面的斷面寬度，是根據(jù)路基寬度以及斷面出的地形確定，一般在中線兩側(cè)各 15 100m。測量過程中的距離和高度差一般需要精確到 能達到工程開工的標準了。 （一） 橫斷面方向橫斷面坐標系 在線路筆直的橫斷面方向及與道路中線相垂直的方向，如圖 3的 A、Z( Y(處的橫斷面的方向分別是 、 和 。圓曲線段上里程樁 21 P、P 等的橫斷面方向英語該點的切線方向垂直 ,及該店指向圓心方向的221 、 等 （二）橫斷面坐標系 建立的橫斷面的坐標系，和及建立用各個里程樁為坐標原點，用里程樁的切線方向為 X 軸，法線的方向為 Y 軸的臨時坐標 系統(tǒng)，使用全站儀在工程坐標系中測得的 X 值即為偏離 Y 軸（橫斷面的方向）的值，測得的 Y 值即為離 X 軸的距離（即至中線的垂直距離），橫斷面坐標系如圖 3示，將工程測量坐標系中的任意一點)Y(X 轉(zhuǎn)換成該里程樁的橫斷面坐標系中的坐標： 第三章 公路橫斷面測量 20 Y 路線中線 X O ) c o ) s i s i ) c o (3圖 3線橫斷面方向測設(shè) 上述公式中，0X、0Y為橫斷面中線里程樁在工程測量坐標系中的坐標值； 為測量坐標系 X 軸與斷面坐標系 X 軸的夾角，即里程樁切線的方位角。 圖 3斷面坐標系 a A a z Z (z 1p 2p P 2p(2p p o Y y (y 第三章 公路橫斷面測量 21 統(tǒng)就是包含基準站和流動站這兩大部分的一種 量系統(tǒng)?；鶞收窘?jīng)由數(shù)據(jù)鏈及時的將收集的載波相位觀測量和測站坐標改正信息一起發(fā)送給流動站，基準站在收到 號，同時進行載波相位測量，經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈將載波相位觀測量的觀測值、衛(wèi)星的跟蹤狀態(tài)以及測站坐標信息一塊兒傳遞給移動站；移動站經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈收集來自基準站的數(shù)據(jù)，繼而使用 制器內(nèi)置的隨機及時數(shù)據(jù)處理軟件與本機收集的 測數(shù)據(jù)構(gòu)成差分觀測值進行及時處理 ,及時輸出待測點的坐標、高程和實測精度 ,然后將實際測量精度與預(yù)先設(shè)計精度標準進行對比 ,一旦 實際測量精度達到標準，電子手薄就將提醒測量人員紀錄這個點的三維坐標和精度等信息。 位技術(shù)便是在載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)基礎(chǔ)上的一種技術(shù)，它可以實時地供給測站點在特定坐標系中的三維坐標，并達到 的精度。實時動態(tài)差分 基準站、流動站和實時動態(tài)差分軟件系統(tǒng)三部分組成，在 業(yè)模式下，基準站經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈將它的觀測值和測站坐標信息一塊兒傳輸給 流動站，流動站不但要經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈收集來自基準站的數(shù)據(jù)，還要收集 而在體系內(nèi)組成差分觀測值進行及時數(shù)據(jù)處理，只要有四顆以上衛(wèi)星被跟蹤并持續(xù)接收到的相位觀測值和必要的幾何圖形，流動站就能測量得出厘米級的定位數(shù)據(jù)。 術(shù)大大抬高了斷面測量的速度和質(zhì)量。橫斷面測量工作進行前，需要在在手持式電子手簿上使用直線放樣的方法設(shè)定工程設(shè)計斷面線。數(shù)據(jù)收集時，被實時測量的點的點位以及三維坐標將實時顯示在電子手簿屏幕上，并實時提醒外業(yè)測量人員偏離斷面線的方向和距離，從而方便測量人員將要測量的斷面點位 改正到斷面線上。這種方法能夠直接測定斷面點的三維坐標，定位迅捷（幾秒鐘即可采集一斷面點坐標數(shù)據(jù)）而準確切、不像全站儀似的存在誤差積累那樣的系統(tǒng)誤差，而且可以多臺移動站同一時間共同運用一臺基準站在基準站電臺覆蓋范圍內(nèi)進行野外測量任務(wù)，因此比常規(guī)斷面測量方法具有很大優(yōu)勢，節(jié)省更多的人力、物力、財力。 第四章 術(shù)在橫斷面測量中的應(yīng)用 22 第四章 需儀器和資料 需儀器 南方測繪的 套，包括基準站一臺，流動站若干（根據(jù)工程需要可以使用 1 5 臺），三腳架一個，大天線一 個，對中桿若干（數(shù)量同流動站數(shù)），電瓶一個，外接電臺一個，基座一個，小鋼尺一個，電子手簿一臺，數(shù)據(jù)線以及電源線等。 待測地區(qū)已知控制點坐標以及工程坐標系坐標，公路中樁線路圖 術(shù)在橫斷面測量方面有著很大的先天技術(shù)優(yōu)勢。首先利用 動站測出中樁各點的坐標；繼而在進行橫斷面測量之前，就可以提前在電子手簿上選用直線放樣的方法事先按照設(shè)計要求設(shè)定斷面線；接著，進行測量和放樣的過程期間，可以將要測量的點位置實時的顯示在電子手簿屏幕 上并給出相應(yīng)的三維坐標等信息，并提醒外業(yè)測量人員待測量橫斷面點偏離橫斷面線的方向和距離，一邊輔助測量員實時改正橫斷面點的點位位置。這種方法的優(yōu)點是可以快速測定橫斷面測量點的三維坐標，定位迅速且不受地形遮擋影響，不存在累積誤差，而且最重要的兩點是可以同時多臺流動站進行測量以及人力資源利用率高。