用GPS和公路路线设计软件进行道路勘测设计.pdf 2页

【文章编号】1673—0038(2013)09-0246-02用GPS和公路路线设计软件进行道路勘测设计林起拥(三明市交通规划设计院福建三明365000)摘要：本文通过实例讲述了GPS静态测量及测量数据处理。在此基础上结合路线辅助设计软件快速进行道路勘测及设计工作。关键词：GPS；路线软件；勘测；设计本文将以省道东石线(S3cr7)清流宁化界至宁化东风林场公路工程项目为例，说明如何运用美国天宝公司的Tfimble4600LSGPs(全球定位系统GlobalPositioningSystem)和西安Hard公路路线设计软件进行道路勘测设计。1GPs外业控制点测量GPS外业测量即在制定优化的布网设计基础上，用GPS接受机野外采集数据。根据其作业方法、特点及使用范围，我们选择静态测量，测出GPS控制网的坐标，采用北京54坐标系统并进行坐标转换进行处理，并以此作为公路首级控制网，最后用S0l(KLASET2110全站仪进行加密测量。1．1GPS控制网坐标测量(静态测量)1．1．1GPs控制网布设对于线路设计的外业勘测通常选用强度较强且精度较高的边连式布设。1．1．2GPS点位选择(1)点位地形利于减小多路径误差。(2)点位视野要开阔，视场周围障碍物的高度角一般应小于10～150，以减弱对流层折射的影响。(3)点位要远离大功率无线电发射源(L>--400m)、高压电线(L≥50m)等，以免电磁场对信号的干扰。(4)点位稳固要利于长期保存。点的选择要尽可能距路线较近，方便交通，便于通讯。1．1．3GPS观测时段选择为保证足够的精度和减弱大气折射的影响，我们在观测前一天作星历预报以选择日星状最好的时段观测，作好外业时间安排。1．1．4实施静态网的布设，观测数据我们采用3套接收设备，分别安置在一个三角网的端点上，将静态工作站架于事先埋好的点上，根据GPS作业调度表的安排进行观测，卫星高度角采用100，观测时段长度60min，采样间隔15s。进行对中、整平、量取天线高后再开机观察，当各项指标达到要求时，接收机自动记录观测数据并储存在接收机的内存中，同时观测人员也必须做好必要的数据记录，如机器号、天线高和开关机时间等。注意所有接收机在同时开始采集数据，每次迁站时要保证2台接收机不动。1．1．5GPs静态测量的精度精度：水平精度：5mm+lppm(×基线长度<10km)5mm+2ppm(×基线长度>10km)·246·垂直精度：10mm+2ppmx基线长度方位角精度：1”+5，基线长度(kIll)1．1．6GPS测量数据处理本次GPS控制网数据处理采用美国天宝公司的TfimbleGeomaticsOfllce专门的数据处理软件，数据处理前要先对采集的数据的星历进行处理。将某一时段接收不好的星历删除。数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，经过解算平差后看结果是否通过，如果失败则要进行加权平差直至通过为止。经基线解算、质量检核和网平差后，得到北京54坐标系的坐标，经检验其各项精度指标符合技术要求。TfimbleGeomaticsOffice后处理软件中的基线解算时，必须固定一点作为起算点，且该起算点在WGS一84坐标系中的坐标精度将会影响基线解算结果的精度。例如，为达到lppm的相对定位精度，则要求起始点的坐标精度为t2．5m，因此为达到接收机的标称精度lcm+(1—2)ppm，基线解算时起始点坐标误差应小于20m。基线解算的基点一般选择路线附近的国家水准点(至少两个)。GPS控制网所测的高程是大地高，是相对于数字表面——椭球面的高程，而我们实际使用的是正常高，是相对于大地水准面的高程，因此必须转换为海拔高程，根据我国对GPS高程联测的经验，当水准点间距在20．30km时，山区高程精度只能达到10～20cm。由于省道东石线(307)清流宁化界至宁化东风林场公路工程项目处在山区，项目里程将近11．29km，故本项目的高程没有采用GPS测量的数据，而采用水准仪测量得到。1．2路线沿线控制点测量(静态测量)1．2．1外业准备工作(1)仪器设备准备工作GPS接收机主机、基座、对中器、三角架、电池。(2)外业测量规划‘’布设控制网、选点。准备好已知资料。1．2．2外业测量过程(1)将三角架设在已知点上，安放整平基座和对中器。经过整平对中使圆水准气泡居中。光学对中器对中在待测点上。这时将GPS接收机连同连接器安放在基座上。(2)用随机配带的测高尺量取天线高。用尺的前端挂在仪器的挂钩处，尺的尖端对准测点上，锁住测尺，读取数据。(3)作好外业记录。注要记录控制点的点名、GPS接收机的机 型生．3月Ill■固爱宣交通建设!!!!!!l!!；lE目E!=Es!!l目j目!==!!=E!=!!!!!!!=!!!目!!!=!!!!!E!=!自=!!自!==j自!!!=!!!!!=自!!器号、天线高、开机时间、关机时间和测量的时段号。(4)开机测量Tfimble46001．S单频GPS接收机静态控制测量采用傻瓜式操作，只需开机即可．缺省的测量模式是快速静态测量。参数设置：采样率：15s；高度角：100。按住开关键，启动GPS接收机。①绿色电源指示灯打开，并且恒亮，表明电源系统工作正常：②红色卫星状况指示灯开始闪烁，此时接收机正在捕捉卫星信号，过一会儿当接收机锁定4颗或4颗以上卫星时，红色卫星指示灯开始有规律的闪烁，频率大约在ls1次。③中间黄色数据灯打开并且恒亮，表明接收机开始记录数据，此时进入正常测量状态。当数据采集足够时，中间黄色数据灯开始像卫星指示灯一样开始有规律的闪烁，表明数据记录已经足够，可以结束本站测量工作。每个测站上的观测数据文件存储在接收机内存中，文件格式：例如：平早早’毕T彳接收机号GPS口期时段号文件后缀名静态控制测量模式可分为网连式布网、边连式布网、铰链导线式布网和点连式布网。根据其各自的布网形式的图形几何强度和可靠性指标由强到弱的面网方式分别为网连式、边连式、铰链导线式和点连式。省道东石线(307)清流宁化界至宁化东风林场公路工程项目的控制点测量是以边连式的测量模式进行的，如下图所示：测量第一时段，将接收机安放在A、B、C三个测站点上，开机开始测量，当完成测量后，关机。将A点GPS接收机移到E站上，其余两台接收机不动。对中整平，记录完毕后开机测量，进行第二时段的测量工作。当第二时段结束后，将B站上的接收机移到D站上，对中整平，记录完毕后开机测量，进行第三时段的测量工作。依次进行⋯⋯。这样每个闭合图形之间就以公共边连接，由于整个控制网都是以闭合图形构成，所以就可以进行闭合差检测，以及进行约束平差帮无约束平差，这样就可以提高成果精度。1．3测量数据处理Trimble4600LSGPS可将采集数据文件通过接收机标准的双串口LEMOSpin接口与Pc机相连，将数据传到电脑中，并以+．DAT的文件格式存在。数据传输完毕后：再用TrimbleGeomaticsOffice专门的数据处理软件对采集的数据进行解算，平差处理通过后，即可提交GPS坐标成果表以及平差计算资料。最后将成果转化成CAD图形文件，作为Hard公路路线设计软件进行路线设计的基础资料。2用西安Hard公路路线设计软件进行路线线彤设计2．1西安Hard公路路线设计软件的特点西安Hard公路路线设计软件由西安海地计算机软件开发有限公司开发研制，挂靠CAD界面，它的主要特点在于将道路线元结构以。实时拖动技术’轻松确定最佳方案，以便于实行修改。在Ha矗公路路线设计软件可进行地模处理、平面设计、纵断面设计、横断面设计、挡墙设计、平面交叉设计、涵洞设计和放样设计功能。2．2路线线形设计通过GPS的计算结果，将用索佳SET2110全站仪测得的导线资料进行附合导线平差，并将结果绘制到CAD中。打开Hard公路路线设计软件，新建并打开项目，进入平面线形设计界面，将平差后的导线资料并根据当时现场的选线意图将导线拆除、合并成路线的交点线，通过海地软件将它形成软件格式的交点线文件(项目．jdx，此时的交点线文件为没有曲线要素的文件)存在记事本中，在软件的平面设计交点法对话框中进行路线设计，调入交点线文件(项目名．id】【)针对每一个弯道输入半径R、缓和段长度k等参数按“生成’钮，可得到输入参数对应的图形，当逐个交点设计完成后，按“输出文件’’钮将您的设计过程输出到平曲线文件(项目名．pqx)和交点线文件(项目名．jdx，此时的交点线文件为含有曲线要素的文件)及逐桩坐标文件(项目名．zbb)中，平曲线文件(项目名．pqp【)将保存您的整个设计过程。例如，对于利用老路部分，为充分利用老路，在满足规范的前提下，我们可以假定外距一定，半径改变，求得路线的设计要素；还可以对已暂定为交点的相邻两个或几个点虚交成一个交点等设计方法，直到平面线形符合规范要求。2．3设计数据的输出路线平面设计完毕后，进行路线超高加宽计算(系统依据公路规范年自动完成超高加宽计算，并生成相应的横断面方件和超高文件)。当完成以上的设计过程后就可以进行成果的输出了，即可得到路线平面设计图、曲线要素表、直线曲线及转角表、断链表和逐桩坐标表(注：所有表格文件的输出可选择+．】【18的格式输出)。3结语省道东石线(307)清流宁化界至宁化东风林场公路工程全长11．29kin，平面控制测量共布设二级导线11．29kin(包括比较线)，总共28个导线点(其中10个GPS点)，6名工程技术人员用7d就将整个项目的施工图外业测量完毕，包括GPS控制网坐标测量、全站仪导线测量及中桩放样等，同传统测量手段相比，不但极大地缩短了工期，而且测量精度也得到了提高，技术人员的工作强度也大大降低。参考文献[1]JrJ／T066-98，公路全球定位系统(GPs)测量规范【S】．【2】武汉测绘科技大学，GPS测量原理及应用【M】．武汉测绘科技大学出版社，1998．作者简介：林起拥(1976一)，男，大学本科，路桥工程师，主要从事路桥设计工作。-247·