覃世遠

摘要:公路測量技術是一門由計算機技術、測繪技術、信息和通信技術相互交叉與滲透的綜合技術,隨著信息采集和處理技術的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代公路測量技術將具有十分廣闊的發(fā)展前景。文章從測量技術的現(xiàn)狀分析,介紹了公路測量技術的應用及其發(fā)展方向。

關鍵詞:測量技術;公路工程;通信技術

中圖分類號:TU198 文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)26-0157-02

工程測量學是一門應用學科,它是直接為國民經(jīng)濟建設和國防建設服務,緊密與生產(chǎn)實踐相結合的學科,是測繪學中最活躍的一個分支學科。改革開放以來,城市建設不斷擴大,各種大型建筑物和構筑物、交通設施等建設工程不斷地增多,對工程測量不斷提出新任務、新課題和新要求,使工程測量的服務領域不斷拓寬,有力地推動和促進工程測量事業(yè)的進步與發(fā)展。近20年來,隨著測繪科技的飛速發(fā)展,電子計算機技術、微電子技術、激光技術、空間技術等新技術的發(fā)展與應用,工程測量的技術面貌發(fā)生了巨大的變化,并取得顯著的成就。面向21世紀,我國的工程測量技術發(fā)展趨勢和方向是:測量數(shù)據(jù)采集和處理的自動化、實時化、數(shù)字化;測量數(shù)據(jù)管理的科學化、標準化、規(guī)范化;測量數(shù)據(jù)傳播與應用的網(wǎng)絡化、多樣化、社會化。GPS技術、RS技術、GIS技術以及先進的地面測量儀器等將廣泛應用于工程測量中,并發(fā)揮著主導的作用。

一、公路測量技術的應用

公路測量工作分為勘測設計和施工兩個階段,其主要包括平面控制測量、高程控制測量、地形測量、工程施工測量等內容。

(一)平面控制測量

高速公路測量中,地物點點位中誤差不得超過圖上的0.5~0.6mm,精度要求極高,為此,路線勘測的首級平面控制點位中誤差必須小于0.1m。目前最理想的平面控制測量是GPS(Global Positioning System,即全球定位系統(tǒng))導線、光電測距導線和GPS導線與光電測距導線相結合的形式。

1.GPS導線網(wǎng)。GPS導線是在導線點上安置GPS接收機,通過接收GPS衛(wèi)星信號,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,從而獲得該點的WGS—84大地坐標系,進而換算到1954北京坐標系或1980國家坐標系后完成的。

這種導線點的優(yōu)點是點位誤差不累積,選點受自然條件限制較少,路線長度和邊長無制約,相鄰點間不必通視,精度高、速度快、操作簡便、全天候觀測。但它要求GPS導線點處高度角在大于15°范圍內空中沒有遮擋物,測站附近沒有大功率發(fā)射臺、輸電高壓線和變電設施、周圍無大面積的反射物等。

2.光電測距導線。與經(jīng)緯儀導線原理相同,只是導線點間的距離用電磁波測距儀測量。測距儀導線的誤差主要來源于角度測量,導線盡可能布設成直伸形狀,因為直伸導線不受距離測量系統(tǒng)誤差的影響。邊長盡量增大以減少折角數(shù),可減弱方位角誤差的積累。為了保證導線點的精度,控制全長不宜超過8.5km,折角數(shù)不宜超過16個,測角中誤差不得超過±5″,方位角閉合差不得超過±10″(n為測站數(shù))。

3.GPS導線定位與光電測距導線相結合。這種形式是上述兩種導線的綜合,以GPS定位導線為高級點,在此基礎上再敷設電磁波測距導線,這樣可以發(fā)揮兩種導線的優(yōu)點,是一種良好的形式。

(二)高程控制測量

公路測量中的高程控制測量也叫基平測量。公路高程控制網(wǎng)宜布設附合水準路線;高程控制測量應采用相應等級水準測量。公路高程系統(tǒng)宜采用1985年國家高程基準。同一條公路應采用同一個高程系統(tǒng),不能采用同一高程系統(tǒng)時,應確定高程系統(tǒng)的轉換關系。高程控制測量方法有三種:其一為四等水準測量,其二是光電測距高程測量,其三是GPS高程測量。

1.四等水準測量,要嚴格按照四等水準測量操作規(guī)程進行,使用的儀器要經(jīng)過有關部門校核。

2.光電測距高程測量,一般控制路線長度應在15km內,布置成附合路線,視距長一般不大于500m,最長不應大于800m,視線豎直角不超過15°,視線高度或視線離開障礙物的距離不得小于1.5m。

3.GPS高程測量,是一種比較先進的方法,可以代替四等水準高程,但使用此方法必須要有足夠的三角高程點和GPS高程點與等級水準點進行聯(lián)測與平差計算。

水準點的布設:(1)水準路線應沿公路路線布設,水準點宜設于公路中心線兩側50～300m范圍內;(2)勘測設計階段水準點間距宜為1～1.5km,施工階段則應按實際需要進行加密水準點;(3)水準點應能長期保存,便于與平面控制點聯(lián)測;(4)大橋、隧道口及其他大型構造物兩端,應增設水準點。

(三)地形測量

公路勘測中地形測量一般為大比例尺帶狀地形圖測量,常見比例尺為1:50、1:1000、1:2000。目前常見的地形圖測繪方法有:(1)全站儀測繪法;(2)航空攝影測量法;(3)GPS實時動態(tài)定位技術(即RTK技術)測繪法。

1.全站儀測繪法。全站儀的應用,把野外數(shù)據(jù)采集與微機及數(shù)控繪圖儀三者結合起來,形成一個從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、圖形編輯和繪圖的自動測圖系統(tǒng)。

2.航空攝影測量法。航空攝影測量是進行城市大面積大比例尺地形圖、地籍圖測繪與更新以及大型工程勘測的重要手段與方法,它可以提供數(shù)字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖成果。

3.GPS實時動態(tài)定位技術(即RTK技術)測繪法。隨著GPS定位技術的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善,實時動態(tài)定位技術(RTK技術)的成熟,使測繪定位技術發(fā)生了革命性的變革,為工程測量提供了嶄新的技術手段和方法。

(四)工程施工測量

高速公路平、豎線型復雜,對測量工作提出了較高的要求,特別是高架式和隧道式公路。高架式公路要求準確地確定橋位和配合安裝,隧道式公路要求方向和高程準確地貫通,從而要求了工程施工測量必須控制好路線的平面位置及高程。施工階段的測量工作主要有平面位置測量與高程測量兩個方面。

1.平面位置測量方法有:

(1)經(jīng)緯儀角度測量法。目前經(jīng)緯儀主要分為光學經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀兩大類。采用經(jīng)緯儀放樣測量時,直線段應采用極坐標法,曲線段可采用支距法和偏角法。

(2)全站儀坐標測量法。全站儀也稱電子速測儀,它是電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和微處理器的相結合體,將電子經(jīng)緯儀、光電測距儀兩種儀器功能集于一身的新型儀器。全站儀測量可以利用電子手簿把野外測量數(shù)據(jù)自動記錄下來,通過接口設備傳輸?shù)接嬎銠C,利用“人機交流”方式進行測量數(shù)據(jù)的自動數(shù)據(jù)處理和圖形編輯,還可以把由微機控制的跟蹤設備加到全站儀上,對一系列目標進行自動測量,即所謂“測地機器人”或“電子平板”,野外直接圖形編輯,為測圖和工程放樣向數(shù)字化發(fā)展開辟了道路。

(3)RTK法。動態(tài)GPS 系統(tǒng)既有良好的硬件,也有極其豐富的軟件可選擇。在施工中采用動態(tài)GPS 測量,對點、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷,只需將相應點位的坐標輸入GPS 接收機中,按系統(tǒng)指示操作就可以定出相應的點位。由于每個點位的測量都是獨立完成的,所以不會產(chǎn)生累積誤差,各點放樣精度趨于一致。隨著動態(tài)GPS 測量技術的不斷發(fā)展、完善,將更加充分地顯示出這一技術的高精度和高效益,它將會為公路工程建設的發(fā)展和進步發(fā)揮更大的作用。

2.高程測量一般宜采用水準測量方法,在測量精度有保證的情況下,也可采用全站儀三角高程測量方法和RTK測量方法,但對于沿線需要特殊控制的橋梁、隧道、涵洞、交叉路口路面,必須采用水準測量方法按規(guī)定檢測其標高,其檢測限差應符合規(guī)范設計要求。

二、公路測量技術的發(fā)展方向

當前,隨著電子技術、信息技術、測量技術和計算機技術的迅猛發(fā)展,各種高新技術裝備的不斷出現(xiàn),以及各相關學科之間的相互交叉與滲透、相互影響與促進,公路測量技術正向以“3S”集成技術、數(shù)字測圖技術、移動制圖技術為代表的方向飛速發(fā)展,并最終邁入數(shù)字化、信息化、自動化和智能化軌道。

(一)數(shù)字測圖技術

隨著對地觀測技術的飛速發(fā)展,數(shù)字測圖技術不但被列入我國863計劃的重要研究課題,而且已經(jīng)成為城市大比例尺測圖和公路勘測的重要發(fā)展方向。

數(shù)字測圖技術提供的主要產(chǎn)品是數(shù)字地面模型(Digital Terrain Model,簡稱DTM),它最先是由美國麻省理工學院的Chaires.L.Miller教授于1995年為研究如何應用攝影測量獲得數(shù)據(jù)通過數(shù)字化的方法加快公路設計而提出的。DTM是一個表示地形特征的空間分布的,有規(guī)劃的數(shù)字陳列;也就是將地形表面用密集的三維坐標X、Y、Z表示的一種數(shù)字表達形式。它除了適合計算機處理的地貌形態(tài)的數(shù)字表示外,還包括插值運算和各種實用程序,它為公路測設自動化提供了數(shù)字平臺。

DTM是GIS地理數(shù)據(jù)庫中最為重要的空間信息資料和賴以進行地形分析的核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)。DTM中最基本的部分是數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,簡稱DEM),DEM是對地球表面地形地貌的一種離散的數(shù)字表達,它是地理空間定位的數(shù)字數(shù)據(jù)集合;凡牽涉地理空間定位的課題,一般都要建立DEM。

(二)“3S”集成技術

“3S”集成技術最早是由武漢測繪科技大學李德仁院士提出,它是由全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感技術(RS)三者通過數(shù)據(jù)接口緊密結合與集成,共同構成的一個對地觀測、處理、分析、制圖和工程應用的大系統(tǒng)。

“3S”技術為公路勘測設計提供了新一代的觀測手段和生產(chǎn)工具,3S的結合應用,取長補短;三者之間的相互作用形成了“一個大腦、兩只眼睛”的框架,即RS和GPS向GIS提供或更新測區(qū)信息以及空間定位,GIS進行相應的空間分析,以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息,并進行綜合集成,輔助公路勘測設計、公路施工控制測量等工作走上自動化軌道。因此,“3S”集成技術是一個自然的發(fā)展趨勢,也是未來公路測量技術的重要發(fā)展方向。

在實際應用中,3S多為兩兩之間的集成,如GIS/RS集成,GIS/GPS集成、RS/GPS集成等。

(三)移動制圖技術

移動制圖技術是各國軍事部門為了保障和提高現(xiàn)代高技術條件下軍隊機動能力而率先研制的課題。隨著研究的深入,一些國家相繼建立了具有各自特點的移動制圖系統(tǒng);與GPS一樣,這些系統(tǒng)已逐步轉入民用,而其中的移動道路測量系統(tǒng)作為一門國際先進技術在未來公路測量中必將占領相當廣闊的舞臺。

三、結語

在當代對地觀測技術和信息處理技術最新研究成果的支持下,應進一步研究和開發(fā)數(shù)字測圖技術、“3S”集成技術和移動制圖技術等世界先進技術,推動公路測量技術逐步邁向數(shù)字化、信息化、自動化和智能化軌道。

參考文獻

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