高速公路外业测量的构想与发展

郜振强

摘要：高速公路的外业测量要求严，精度高，而且受地形、地貌的限制比较大。所以无论新建公路还是改建公路项目的外业数据的收集显得尤为重要与困难。一个高速公路项目的外业测量分为初测与定测，笔者重点讨论定测的相关问题。外业测量是高速公路建设不可缺少的一个环节，也是设计的基础。本文结合高速公路外业测量的现状，针对外业测量的技术、方法与设备等的发展提出几点构想。

关键词： 外业测量;实时动态构想;测量数据

一、概述

1.高速公路外业测量现状

现有高速公路外业测量步骤较为细致，大致可分为（1）路线中桩敷设（2）中桩高程测量（3）横断面测量（4）地形图测绘（5）路基、路面及排水勘测与调查（6）小桥涵勘测与调查（7）大、中桥勘测与调查（8）隧道勘测与调查（9）路线交叉勘测与调查（10）沿线设施勘测与调查（11）环境保护调查（12）临时工程勘测与调查（13）工程经济调查。在此步骤中有诸多步骤可统筹安排进行;也有的步骤是补充与核对，如步骤（4）;也有的步骤在某些项目中不存在，如（8），但所有步骤都是必不可少和简化的。

2.测量仪器现状

外业测量的仪器主要有：实时动态仪器，全站仪，水准仪，经纬仪等。中线定测运用GPS动态放样，即省时又省力且确保路线测设精度，采用的仪器主要为拓普康公司生产的全套实时动态测量仪器。中桩高程测量主要采用水准仪，传统的光学仪器保证了高程测量的精度。横断面测量主要采用全站仪，电子仪器应用使得读数和计算更加准确与快捷。其他勘测与调查中可采用全站仪或经纬仪。

3.实时动态的技术应用

实时动态定位技术是GPS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。实时动态定位系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。

实时动态定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和地理信息系统前端数据采集。现有的新型的仪器可以跟踪美国的GPS卫星，又可以跟踪俄罗斯联邦的GLONASS卫星，这无疑将会增加接收机的可见卫星数，从而提高工作效率。其中全球定位系统（GPS）是由美国国防部掌控的星基无线电导航系统。该系统为任何装备了GPS接收机的近地用户提供了全球、全天候、24小时的定位、测速和定时服务。全球卫星导航系统（GLONASS）是由俄联邦国防部掌控的与GPS类似的导航系统。

二、对技术、设备发展的构想

1.路线中桩敷设

现状路线中桩敷设中，是利用RTK技术，对输入桩号，然会用手持的接收机定位，无限的靠近改点，得出此点的三位坐标。在此过程中对一些地形变化点、地形地物的特殊点等往往需要反复输入，寻找，直至无限接近改点。

在此构想，可改变测量仪器硬件及软件的模块，由此改变测量的方法。首先通过线位的数据，卫星定位系统可完成路线在大地坐标中的线位，手持接收机可显示测量人员所在的位置与该位置垂直与线位的中桩的距离与方向，然后测量人员去无限靠近中桩，得到中桩的三维坐标;如该中桩不是所需特征点，可沿大致路线方向前后移动到所需点位置的附近，再沿路線法线方向无限接近该点，得到该点的三维坐标，得到桩号。由此可免去反复输入桩号的繁琐过程。

在此可构想有一台小巧便于携带的掌上电脑，此中已储存三维化的地形图，路线的平面及初步纵断面数据，既形成路线的三维透视图（现已有相关软件可以生成）。

在测量的过程中其他测量人员可持有掌上电脑，此电脑的软件及硬件可与RTK接收机相接，做到实时连接，掌上电脑已有三维化的地形图中，可实时看到所放线点所在三维地形图中的位置，可以看到此点的填挖情况。如果遇到不合适的地方，就可以现场进行调整，然后再连接手持接收机进行重新敷设，做到最大方面的优化路线方案。

2.中桩高程测量

在中桩高程测量中，现状是采用水准仪测量。水准测量采用激光测量仪器，水准尺由特殊的反射材料做成，由特制电子的水准仪发出水平射线反射回来，然后显示读数，并且可设置前视后视，直接计算高差，记录人员可持有掌上电脑计算数据，此数据有专业的计算软件计算并且做出平差。此数据成果可与路线中桩测量中的掌上电脑联结传输数据，直接形成纵断面数据，免去了数据计算与输入的繁琐过程，也避免了数据输入的错误。

3.横断面测量

横断面测量中可采用全站仪或RTK测量，在此可构想仪器的测量数据可直接联结到掌上电脑，实现测量数据与三维地形图数模的比对，可减少测量数据中的误差，最后的测量数据成果可直接形成横断面数据，避免了数据输入的繁琐过程。在掌上电脑中可以显示测量点的位置，可以根据具体的需要确定测量的距离，这样可以具体位置具体测量，避免了浪费和漏测，提高了效率。

4.地形图测绘

地形图的测绘，同样采用RTK技术和掌上电脑的结合，实时比对，实时观测，这样可以提高准确率和精度，避免漏测，并且可节省大量的数据输入时间。

5.勘测与调查

在众多的勘测与调查中，我们同样可采用相同的技术手段，可利用三维透视图和现场地形的结合做出判断，使得勘测和调查更加准确，并且可以利用计算机模拟各种天气气候环境下的数据，做到准确合理的现场调查。如对一个涵洞的调查，在三维透视图中已经做出初步的设计，我们可以在三维透视图中模拟降雨的情况，可以判断出该涵洞的设置位置及结构型式是不是合理，如不合理，可及时做出相应的调整，再次重新确定位置和结构型式。同样大中桥的勘测与调查可采用相同的技术方法确定。同时还可以查阅互联网的相关数据，对其他的调查有很大的帮助。

总之我们的测量数据在外业测量过程中直接由测量人员直接录入电脑，自动进行计算，直接形成数字化的数据成果，这样有利于我们今后的查阅和利用，缩短了数据录入和转抄的中间过程，提高了准确率和工作效率。

三、结束语

建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节，是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。针对高速公路的外业测量的仪器、设备及软硬件的发展必将带来测量技术的更大的革新，使得测量向着高效、高精度发展，最终实现公路勘测设计的“内外业一体化”。