GNSS技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用研究

1、GNSS技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用研究摘要全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS能為用戶提供高精度、全天候的定位和導(dǎo)航效勞，目前在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。本文首先介紹GNSS的根本定位原理和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，然后探討了GNSS技術(shù)在公路勘測中的實(shí)際應(yīng)用，包括控制測量、大比例尺地形圖測繪、中線放樣及公路橫斷面測量。關(guān)鍵詞GNSS技術(shù);公路勘測;地形圖測繪;中線放樣;橫斷面測量0引言傳統(tǒng)測量儀器和方法雖然可以保證測量精度，但是受外界條件影響較多，工作效率較低。隨著新科技的不斷開展，GNSS技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如今已經(jīng)非常成熟。由于GNSS測量具有高精度、全天候、測站間無須通視、低本錢高效率等傳統(tǒng)測量不可取代的優(yōu)點(diǎn)，因此GNSS技

2、術(shù)已成為公路勘測中應(yīng)用最廣泛的定位技術(shù)。1GNSS技術(shù)GNSS即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，它包括全球性的美國的GPS、中國的北斗、俄羅斯的GLONASS以及歐盟的Galileo。此外還有區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)和增強(qiáng)系統(tǒng)。當(dāng)今，GNSS系統(tǒng)不僅是國家平安和經(jīng)濟(jì)的根底設(shè)施，也是表達(dá)現(xiàn)代化大國地位和國家綜合國力的重要標(biāo)志。GPS系統(tǒng)包括三大局部：空間局部GPS衛(wèi)星星座;地面控制局部地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶設(shè)備局部GPS信號接收機(jī)?！?】GPS定位是以GPS衛(wèi)星和用戶接收天線之間的距離為根本觀測量，根據(jù)的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，確定用戶天線所對應(yīng)的位置，其實(shí)質(zhì)是空間距離前方交會。【2】2GNSS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1觀測站之間無須通視。GNS

3、S測量與傳統(tǒng)測量方法和原理都不同，傳統(tǒng)測量需要使用光學(xué)儀器或電子儀器經(jīng)緯儀或全站儀，測量原理主要是測角、量邊，解三角形法測算待定點(diǎn)坐標(biāo)。GNSS測量主要利用衛(wèi)星與衛(wèi)星之間、衛(wèi)星與接收機(jī)之間、移動站接收機(jī)與基準(zhǔn)站接收機(jī)之間的距離關(guān)系，通過空間距離前方交會原理測算待定點(diǎn)坐標(biāo)。接收機(jī)之間通過信號進(jìn)行傳播，不需要通視。2定位精度高。GNSS測量利用接收到的衛(wèi)星信號測距碼或載波相位實(shí)現(xiàn)距離測量。在解算過程中通過誤差改正模型、求差法等技術(shù)手段大大提高了測量精度。3觀測時間短，效率高。GNSS測量時間短，對于精度要求較高、建立高等級平面控制網(wǎng)的情況，測量時間為1-3小時。對于碎部點(diǎn)采集、施工放樣等工作，可采

4、用RTK技術(shù)進(jìn)行測量，測量時間只需要幾秒鐘，大大提高了測量工作效率。4提供三維坐標(biāo)。GNSS測量可同時測出大地高，通過對地面控制點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測量后，可得出控制點(diǎn)的正常高，從而計(jì)算出控制點(diǎn)處的高程異常值，進(jìn)而可建立該區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面精化模型。這使得GNSS測量同時提供三維坐標(biāo)，而且高程精度可以到達(dá)理想精度。5操作簡便，自動化程度高。GNSS接收機(jī)都是電子儀器設(shè)備，儀器制造商已經(jīng)將復(fù)雜的工作封裝起來，交給程序完成。觀測者只需掌握簡單的儀器操作即可，自動化程度非常高。6本錢低、經(jīng)濟(jì)效益高。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，電子產(chǎn)品性價比大幅度提高。測量型GNSS接收機(jī)剛問世時，1+1單星座設(shè)備大約在10-20萬之

5、間，而如今1+1多星座設(shè)備缺乏4萬元，性能卻顯著提高。與傳統(tǒng)觀測方法相比，測量本錢大大降低。7全天候作業(yè)。GNSS觀測一般不受天氣、氣溫、大氣折射、晝夜與否等因素影響，可以全天候工作。3GNSS技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用3.1GNSS技術(shù)用于公路勘測首級平面控制網(wǎng)的建立控制測量為其他任何測量工作提供起算數(shù)據(jù)。公路勘測工作中，設(shè)計(jì)階段需要提供大比例尺地形圖，工程量預(yù)算需要提供公路橫斷面測量數(shù)據(jù)，確定線路位置需要進(jìn)行中線放樣。這一切測量工作的開展都離不開高精度控制點(diǎn)，所以公路勘測首級平面控制網(wǎng)的建立至關(guān)重要。首級平面控制網(wǎng)的精度應(yīng)根據(jù)工程的精度要求確定。確定好控制網(wǎng)精度后，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，采用相應(yīng)的施測

6、方法。整個工作流程包括：現(xiàn)場踏勘、收集已有資料、技術(shù)設(shè)計(jì)書編寫、選點(diǎn)與埋石、外業(yè)觀測、內(nèi)業(yè)解算、精度評定、成果整理、技術(shù)總結(jié)等。3.2GNSS技術(shù)用于大比例尺帶狀地形圖的測繪GNSS-RTK技術(shù)用于大比例尺帶狀地形圖測量具有明顯優(yōu)勢。從人力投入上看，全站儀傳統(tǒng)測量方法至少需要2人一組才能作業(yè)，而GNSS-RTK只需1個人即可開展測量工作。從工作效率上看，GNSS-RTK方法測圖不需要進(jìn)行圖根控制測量，不需要考慮通視情況，測量點(diǎn)存儲時可方便給測量點(diǎn)編碼，方便內(nèi)業(yè)成圖。從測量精度上看，GNSS-RTK方法測量精度更高，而且每個坐標(biāo)點(diǎn)位都是獨(dú)立采集，精度均勻，防止全站儀測量誤差累積等缺點(diǎn)。GNSS-

7、RTK技術(shù)用于大比例尺帶狀地形圖測繪的作業(yè)流程如下：1架設(shè)基準(zhǔn)站：在測區(qū)選擇地勢較高、較空曠的控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站點(diǎn)。對于已建立CORS站的測區(qū)，此步操作可省略。2流動站設(shè)置：為了保證測量的可靠性，流動站必須在基準(zhǔn)站有效控制范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。流動站設(shè)置過程中，重點(diǎn)關(guān)注天線高的設(shè)置和天線類型的選擇。3點(diǎn)校正：此工作是為了建立GNSS測量坐標(biāo)系與實(shí)用坐標(biāo)系的聯(lián)系，也就是測量點(diǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換工作。對于已求得測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況，驗(yàn)證后可直接使用，不再需要點(diǎn)校正操作。4碎部點(diǎn)采集：碎部點(diǎn)采集即按照?地形圖圖式?和國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對地物特征點(diǎn)、地貌特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行采集的工作。GNSS接收機(jī)使用可參照不同

8、品牌的手簿軟件說明書進(jìn)行。3.3GNSS技術(shù)用于公路中線放樣為了將公路總平面設(shè)計(jì)圖上的道路中線在實(shí)地標(biāo)定出來，指導(dǎo)道路施工作業(yè)，公路勘測中需要對公路中線進(jìn)行放樣。采用經(jīng)緯儀或全站儀傳統(tǒng)測量儀器進(jìn)行放樣時，需要對緩和曲線和圓曲線的切線長度、弧長等進(jìn)行求解，通過測角量邊放樣出曲線主點(diǎn)，計(jì)算和放樣操作都很復(fù)雜，如果遇到兩點(diǎn)間不通視的情況，放樣操作非常麻煩。這樣工作效率大幅降低，放樣精度得不到保證。與傳統(tǒng)中線放樣方法相比，GNSS-RTK具有以下明顯優(yōu)勢：1工作效率高。GNSS-RTK放樣測量時，移動站可以在基準(zhǔn)站5公里半徑內(nèi)開展工作，一個人操作儀器即可。與傳統(tǒng)方法放樣相比，免去了控制點(diǎn)布設(shè)環(huán)節(jié)，不再

9、受控制點(diǎn)分布情況的限制，同時不需要“搬站，大大提高了工作效率。2放樣點(diǎn)精度均勻，誤差不累積。使用GNSS-RTK放樣時，每個點(diǎn)位都是獨(dú)立計(jì)算放樣點(diǎn)位置，下一個點(diǎn)位的放樣精度不受上一個點(diǎn)位影響，使得放樣點(diǎn)精度均勻。3全天候作業(yè)。一般地，GNSS作業(yè)不受氣溫、濕度、大氣折射、光照強(qiáng)度等因素的影響。只要接收機(jī)上方足夠開闊，滿足接收機(jī)定位所需要的衛(wèi)星數(shù)量即可工作，根本是全天候作業(yè)。4GNSS-RTK手薄程序功能強(qiáng)大。市場在售的所有品牌GNSS設(shè)備都配備功能強(qiáng)大的手薄軟件。手簿軟件內(nèi)集成公路中線放樣的各種工具。用戶只需要獲得圓曲線、緩和曲線的設(shè)計(jì)參數(shù)即可計(jì)算出整條線路的位置。用戶可以選擇曲線主點(diǎn)或者加樁

10、點(diǎn)進(jìn)行放樣。實(shí)時動態(tài)顯示測量成果，現(xiàn)場指示性好?！?】3.4GNSS技術(shù)用于公路橫斷面測量公路橫斷面測量是測量與中線垂直方向各中樁處的地面起伏情況。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，一般每隔20米或25米設(shè)置一個中樁。公路橫斷面測量數(shù)據(jù)主要用于公路設(shè)計(jì)、土石方量計(jì)算、邊坡路基施工，橋涵設(shè)計(jì)等。傳統(tǒng)橫斷面測量主要采用水準(zhǔn)儀配合皮尺方法進(jìn)行。通過水準(zhǔn)儀測量出地面點(diǎn)的起伏程度，通過皮尺丈量地面點(diǎn)距離中線的距離。此方法雖然精度較高，但是受外界影響較大，當(dāng)?shù)孛嫫鸱^大時，皮尺量距和水準(zhǔn)儀讀數(shù)都會極不方便。如果測區(qū)植被較茂盛，采用此方法施測難度更大。采用GNSS-RTK法進(jìn)行公路橫斷面測量優(yōu)勢十清楚顯。此方法靈活方便、效率非常高，一個人即可作業(yè)。測量直接得到的是三維坐標(biāo)成果，通過內(nèi)業(yè)展點(diǎn)，輕松提取各點(diǎn)高程和偏距。隨著計(jì)算機(jī)輔助制圖的開展，我們可以通過數(shù)字化成圖軟件直接處理RTK測量數(shù)據(jù)文件，做到自動化公路橫斷面圖繪制。4結(jié)束語本文介紹了GNSS技術(shù)的定位原理，總結(jié)了GNSS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，分析了在公路勘測中GNSS技術(shù)相對于傳統(tǒng)測量的優(yōu)勢，重點(diǎn)介紹了利用GNSS技術(shù)進(jìn)行平面控制網(wǎng)的建立、大比例尺帶狀地形圖的測繪、中線放樣和橫斷面測量的方法。GNSS已成為公路勘測中的重要定位技術(shù)，隨著GNSS技術(shù)不斷地開展以及廣闊測繪工作者的不斷探索，GNSS技