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GPS公路丈量应用施工工法
达成单位:中建五局土木工程有限公司
主要达***:邓贵奇刘陶然刘锦博张红卫
重点词:公路工程丈量GPSRTK
前言
跟着我国近几年基础事业大规模发展,国家对公路市场大力投资,要求我国公路施工单位拥有高科技管理手段,高效率保质保工期达成施工任务。而对于公路施工行业,从进场交桩到完工查光复测施工全过程,均需要丈量控制。丈量成就质量利害直接影响到工程的质量、进度、成本。如何高效优良达成公路丈量控制是大多数施工单位面对问题,特别是对于路线长,地形复杂,植被旺盛,通视
条件差,山高沟深,绝壁绝壁,条件艰险的山区丈量环境,更为丈量工作带来了极大困难,传统的丈量方法是采纳全站仪进行丈量,对丈量人员劳务强度大效率低,并且受天气、人为、仪器等因素搅乱丈量成就偏差大。跟着时代的发展,测
量方法势必迎来新的改革,GPS即时动向定位(RealTimeKinematic,RTK)拥有
施测迅速,挪动迅速,且不需后办理的内业计算工作并供应高精度的即时定位效
能,采纳RTK丈量可以降低丈量人员劳务强度,提升丈量成就质量。故RTK在公
路丈量的早日普及,对于提升公路丈量水平提升拥有极其深远作用。
工法特色
。在一般的地形地势下,大大减少了传统丈量所需的控制点数目和丈量仪器的“搬站”次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标,作业速度快,劳动强度低,节约了外业花费,提升了劳动效率。
,数据安全靠谱,没有偏差累积。只要满足RTK的基本工作条件(有效卫星5颗以上,卫星高度角20度以上,PDOP值<5),RTK的平面精度
和高程精度都能达到厘米级。
。RTK技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”,所以,和传统丈量对比,RTK技术受通视条件、能见度、天气、季节等因素的影响和限制较小,在传统丈量看出处于地形复杂、地物阻碍而造成的难通视地区,只要满足RTK的基本工作条件,它也能轻松地进行迅速的高精度定位作业。
、集成化程度高,测绘功能强盛。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预即可自动实现多种测绘功能,使辅助丈量工作极大减少,减少人为偏差,保证了作业精度。
,简单使用,数据办理能力强。只要在设站时进行简单的设置,
就可以边走边获取丈量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、储存、办理、变换和输出能力强,能方便快捷地与计算机、其余丈量仪器通信。在基准站架设、移
动站操作、手簿软件的使用方面都比较简单易学。现市场主流南方RTK1+2价格近约十余万,低廉价格对于在公路丈量大面积推行拥有很大的市场远景。
适用范围
适用于线路长度长,地形起伏大,地表遮挡物多,通视条件差。工期紧张的道路丈量。
丈量原理
GPS(globalpositioningsystem)是美国耗时20年、投资300亿美元建立的一项继阿波罗登月计划和航天飞机以后的第三大空间工程。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题。
GPS定位系统由三部分构成:1、空间卫星站部分,2、由若干地面站构成的控制部分,3、以接收机为主体的广大用户部分。空间卫星站部分由共计24颗卫星构成,它们均匀分布在倾角为55°的6个轨道上,每轨分布4颗卫星,相邻轨道之间的卫星相互叉开40°,以保证全世界任意时刻的均匀覆盖,利用GPS进行定位的基根源理就是把卫星视为翱翔的控制点,在已知卫星在其固定轨道上的瞬时坐标的条件下,以GPS卫星和RTK接收机之间的距离作为丈量量,进行空间距离后方交会,从未确立地面接收机的地址。
单基站CORS,就是只有一个连续运转参照站。近似于一加一或一加N的RTK,
只但是基准站由一个连续运转的基准站取代。由以下几个单元构成:GPS基站、网络服务器、电源系统、用户系统,以以下图所示整个系统的原理图以下:
图4-1单基站CORS系统的原理图
工法流程及操作重点
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RTK在公路丈量中的使用步骤,详尽可分为三个环节:建站→求参数(校点)
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→放样。
RTK接收机定位的重点在于使用了GPS的载波相位察看量,并将接收机分为参照站与挪动站两部分,参照站用于参照定位,挪动站用于及时丈量,利用参照站和挪动站之间察看偏差的空间相关性,经过差分的方式除掉挪动站察看数据中的大多数偏差,从而实现高精度(RTK标称精度:水平为1cm+1ppm·D;高程为2cm+1ppm·D的定位)
而参照站与挪动站差分信号流传分两种模式,即CORS(利用多基站网络RTK技术建立的连续运转服务综合系统ContinuousOperationalReferenceSystem,缩写为CORS)和电台模式,在有挪动电话信号的地区优先使用CORS模式,此模式长处是无需架设基站和校点,可以不受基站与挪动站距离限制,挪动站开机后
与CORS基站连接后可进行丈量,大幅提升丈量效率,丈量精度高于电台模式。
弊端是丈量地区仅为挪动信号覆盖范围内;另一种为电台模式,在无挪动电话信号的地区可采纳电台模式,用电台信号代替挪动信号,经过挪动站校核两个以上已知点,求得正确参数变换当前坐标系,才能进行丈量。其长处为可以在地形恶劣、遮挡物多状况下丈量,弊端为丈量前需架基站和校点降低丈量效率,丈量距离受限,挪动站只好在参照站4KM半径内丈量。两种模式各有优弊端,实质使用过程中互相搭配可以达到最好成效。以下是两种模式的基站实物照片和工作原理图。
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图
5-1
电台模式实物照片
图
5-2
电台模式工作原理图
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图5-3CORS基站实物照片
图5-4CORS基站工作原理图
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基准站构造
图5-5察看墩构造
基准站由仪器室和察看墩两部分构成:
察看墩:用于支撑GPS察看天线。察看墩建立于基岩上的称为基岩站,建立于屋顶上的称为屋顶站。察看墩柱体内预埋PVC管道,用于敷设天线电缆。仪器墩外面进行保平和防风办理,顶部安装强迫对中装置,并用透波资料的天线罩覆盖,以防范自然环境如强风、雨雪、日照、盐蚀等对天线的损坏。天线墩构造图见图5-6,建成后的天线墩见图图5-7。
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图5-6天线墩
图5-7察看墩实景(左:外观;右:天线平面)
仪器室:用于部署基准站设施。要求距离察看墩距离不超出
天线电缆的同意长度,并可供应靠谱的电力供应和网络接入,其余需依据条件安装防盗设施并注意通风散热。基准站设施以模块化方式集
成在仪器室的机柜内,由GPS接收机、工业计算机、网络设施、UPS
电源系统、防范系统、机柜等构成。机柜内设施部署见图5-8所示。
图5-8基准站机柜图5-9CORS主机
公路丈量可以建立单CORS基站,就是只有一个连续运转参照站。近似于一加一或一加N的RTK,只但是基准站由一个连续运转的基准站取代。基准站上有一个控制软件及时监控卫星的状态、储存和发送相关数据,同时有一个服务器供应网络差分服务和用户管理。基站建设设在公路中点,建站成功后,依据设计院供应的已知高等级控制点,在各个控制点摆放静态GPS接收机收集卫星数据,经过对GPS接收机和CROS基站的数据后办理,-1静态GPS摆站点与CORS基站网图显示及数据后办理。计算出CROS基站的空间坐标,并求得一个对
公路进行控制丈量的七参数,经过该参数,使公路丈量与图纸所供应的坐标系相般配,如上文所述,CROS基站是一台连续运转的参照站,所以各挪动站在正确输入七参数后,开机与CROS相连接后即可进行丈量放样。
图5-10静态GPS摆站点与CORS基站网图显示及数据后办理
单基站系统整体数据流程以下:
图5-11数据流程
1)基站数据收集和传输软件――Base
BaseTrans软件是SOUTH-BASE接收机的内置主控程序,它可以实现接收机的参数配置,卫星状况的监控,GPS静态数据的收集和传输,端口的设置等功能。既管理SOUTH-BASE的运转状况,又可以为静态事后差分定位供应静态数据。
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2)单基站服务器及管理软件――Eagle
Eagle是单基站CORS的信息公布平台,为TCP/IP、GPRS、CDMA接见供应
网络服务;同时又是整个系统的“中央办理中心”,对参照站收集的数据进行统
一地管理和办理,既可以为RTK及时定位供应多种格式及时差分数据(RTCM、RTCM
、RTCM3.、0CMR),软件可监测数据质量,及时查察当前用户固定解状况。
可以管理流动站用户,依据需要可设定用户登录密码、用户可使用时间;
监控挪动站的工作状况,加入地图,随时可以看到登录挪动站所在地址,并且Eagle软件可以连接不一样的TCP/IP地址,系统管理员或用户可经过互联网查察各台站的运转状况,以保证系统连续运转的靠谱性。
RTK用于及时丈量放样,主若是经过挪动站和与挪动站由蓝牙进行连接的手簿实行的,挪动站收集到丈量数据后,手簿以界面化、图形化的方式进行显示,并且拥有丈量中常用的碎部丈量、点放样、线放样等多种功能。
图5-12挪动站手薄图5-13手薄操作界面
RTK应用于公路丈量拥有比老例丈量方式更为快捷的特色,主若是经过道路设计的功能来实行,“道路设计”功能是道路图形设计的简单工具,即依据线路设计所需要的设计因素依据软件菜单提示录入后,软件按要求计算出线路点坐标和图形。道路设计菜单包含两种
道路设计模式:元素模式和交点模式,详见图5-14。
图5-14道路设计模式
“元素模式”是道路设计里面惯用的一种模式,它是将道路线路拆分为各种道路基本元素(点、直线、缓曲线、圆曲线等),并依据必定规则把这些基本元素逐个增加组合成线路,从而达到设计整段道路的目的。道路元素分为:点、直线、缓曲线、圆曲线。各种元素的组合要依据道路设计规则。要依据界面提示增加相应的数据信息,如:点因素就只要要输入X坐标和Y坐标,直线元素只要要输入方向角和长度,详见图5-15。
图5-15道路设计元素模式输入界面
“交点模式”是当前广泛使用的道路设计方式。用户只要输入线路曲线交点
的坐标以及相应路线的缓曲长、半径、里程等信息,就可以获取因素点、加桩点、
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线路点的坐标,以及直观的图形显示,从而可以方便的进行线路的放样等丈量工作,详见图5-16。
图5-16道路设计交点模式输入界面
经过建站早期正确求解的七参数、与依据设计图纸直曲表正确输入的线路交
点元素,就可以方便快捷的进行放样,挪动站连接上CORS基站后,在施工范围内,可以显示出挪动站所处任意地址的里程,与到路线中线的偏距,并可以显示出该点的坐标与高程,详见图5-17。
图5-17道路放样界面
资料与设施
此工法涉及到一般1+nRTK在市场运用较普及,在此不再表达。以下主若是对单基站CORS的系统构成进行介绍:
――SOUTH-BASE
SOUTH-BASE是南方测绘最新研制开发的GPS参照站接收机,它实现了工控机硬件平台与最新式GPS主板的完满结合,可用于CORS系统的单基站、多参照站的GPS数据接收平台。带有多种通信接口,可连续长时间稳固工作;内部安装WindowsXP操作系统,使用操作简单方便;80G以上的硬盘可充分满足储存操作系统、应用软件和GPS接收数据;操作者可经过网络、串口、USB设施及鼠标/键盘对基准站进行管理和设置。
GPS特征:
28-54通道的接收机,包含:
14通道GPSL1+2通道SBAS
14通道GPSL2通道
12通道GLONASSL1通道(支持)
12通道GLONASSL2通道(支持)
先进的多路径搅乱克制技术:采纳PAC和Vision相关技术,可以有效除掉来自天线周边或强多路径搅乱环境下的多路径搅乱信号,拥有高精度、高靠谱性和高数据采样率的特色
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支持GLONASS:经过升级即可以增加GLONASS功能,从而实现GPS+GLONASS双星系统定位。
工控机系统配置:
主板:Intel945GC
CPU:
GPS主板:NovatelOEM4和OEMV全系
列兼容
系统内存:1G
VGA:DB-15VGA接口
键盘/鼠标:PS/2键盘&鼠标
图6-1CORS基站主机以太网:10M/100M接口串口:一个RS232接口
USB:
电源电压:220V
操作系统:WindowsXP
构造特色:
构造:工控机箱
颜色:黑
安装:导轨安装
尺寸:432mm(长)×382mm(宽)×88mm(高)
长处:
TCP/IP作为主要通信标准可保证使用简单,配置方便。
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参照站可以实现完整的远程操作,实现无人值守,遥控操作。
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各种即插即用的接口使得参照站简单安装。
数据记录和数据输出灵巧稳固。
耐恶劣环境的设计同意参照站在极端环境下连续运转。
南方大地型扼流圈天线支持精确度为毫米,可以有效克制多路径效应的影响,结合不当协的稳固的相位中心()且可以克制射频搅乱。天线建于大
地测绘研究标准的基础上,采纳铝材质的扼流圈和一个Dome#Margolin偶极元
件,低噪音、低耗费,还拥有同步频率选择功能。
技术指标:
工作频率:1227MHZ±10MHZ、1575MHZ±10MHZ
阻抗:50?
驻波比:≤:1
增益:38dB±3dB
噪声:≤
极化方式:右旋圆极化
工作电压:3~12VDC
工作电流:≤40mA
连接器:TNC
重量:≤
工作温度:-45℃~+65℃
储蓄温度:-55℃~+85℃
尺寸:直径38cm,低12cm,高10cm,
天线高:L1=,L2=
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图6-2大地型扼流圈天线
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质量控制
此工法主要质量控制是用单基站CORS精度能否满足公路丈量精度要求,经过用全站仪平差获取导线控制网放样,与单基站CORS基站用RTK放样成就,可以满足公路路基土石方、构造物基坑开挖的放样工作,但要求精度较高的桥梁基
础、下部、上部及构造物精确立位建议还是还用全站仪放样。用单基站CORS精度以下:
表7单基站CORS精度表
项目
内容
技
术
指标
实行方式
水平精度
高程精度
20KM之内
10mm+1ppm
20mm+1ppm
RTK
20KM-40KM
20mm+1ppm
30mm+1ppm
及时定位
40KM-50KM
50mm+1ppm
80mm+1ppm
系统精度
50KM-100KM
亚米级
亚米级
静态事后差分定位
≤5mm
≤10mm
变形察看
3-5mm
6-10mm
导航
≤5M
≤10
导航
供应高精度导航定位的信息
服务领域
丈量
供应静态、后差分、
RTK的数据服务
导
RTCM-
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航
兼容性
差分
RTCA\\RTCM3\CMR格式
以上所标精度均为仪器自己偏差,即基线精度,实质测试精度=仪器偏差+参数偏差+点位偏差。为提升CORS项目实质使用精度,建议使用高等级控制点分地区求取四参数,以减少参数偏差和点位偏差对实质精度造成的损失。
七参数的应用范围较大(一般大于50平方公里),计算时用户需要知道三个已知点的地方坐标和WGS-84坐标,即WGS-84坐标变换到地方坐标的七个变换参数。
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