基于GPS-RTK与全站仪的城市道路改扩建测量方案设计与实施

付明亮

(中土大地国际建筑设计有限公司上海分公司，上海 201315)

随着RTK技术的发展，在各种测绘生产活动中得到了广泛的应用。尤其是在控制测量、地形测量、放样、界线测绘等领域，极大地提高了生产效率。与传统测绘工具相比，RTK技术具有快速、灵活、省力、定位精度高，不受通视条件、空间距离等影响[1-3]。但因其对卫星信号的依赖度较高，在一些信号较弱或无法接收信号的区域使用受限，适时地辅以全站仪[4-5]等传统测绘工具，将会极大地提高生产效率[6]。

1 基于GPS-RTK与全站仪的测量方案设计

拟改建南芦公路为一级公路，红线宽度45 m，两侧各设有规划绿带20 m。本次工程拟根据规划红线按照双向6快2慢一次实施，工程北起沪南公路，南至新四平公路，道路全长约7.5 km。

根据《国家公路网规划(2013年-2030年)》，国道228规划为普通国道，从辽宁丹东出发，一路沿东部海岸线前行，将东部沿海城市串联起来，进入广西东兴，是规划47条北南纵线之一[7]。根据《上海市国省干道布局规划(2011—2020)》，其中南芦公路段是丹东-东兴纵线在上海市域内的走行路径[8]。

测区位于上海市东南部，是上海市区紧依的中心区重要节点城镇，有先进的国际物流港口、航空运输、铁路轨道运输、城际高速路等水、陆、空三位一体的交通体系。起点位于沪南公路，终点到新四平公路，途经32条道路及8条河道，其中包括大治河、一灶港、二灶港等市(区)级河道；测区范围地势比较平坦，无丘陵和山地，有少量居民区和绿化林地，大部分为耕地和低矮果林地带。且上海市已建城市坐标系和上海SHCORS系统，故本次平面坐标系采用上海市城建坐标系，高程系统采用长江流域吴淞高程系。此外，还有测区附近的城市二级加密控制点及2014年底更新的1:1 000地形图等资料。针对测区的具体情况选用GPS-RTK与全站仪等测绘技术进行测量方案设计。

1.1 控制测量方案设计

(1)平面控制测量

测区范围地势平坦，大部分为耕地及低矮果林地，交通方便，且无强无线电信号源干扰，具有较好的GPS信号接收能力和开阔的视野，故平面控制测量采用GPS按E级GPS控制网形式一次布网。考虑到全站仪测量时加密的使用，共布设平面控制点30个，分别按T101、T102……Tn进行编号。相邻控制点最小间距137 m，分别是T115和T116控制点,最大间距点为409 m，为T103、T104控制点,相邻点间平均距离285 m，且联测测区附近已有的4个上海城市二级加密控制点，每组点按不低于1.6个时段进行观测。 GPS网的主要技术要求按GBT 18314-2009 全球定位系统(GPS)测量规范执行，见表1。

表1 GPS测量主要技术指标表

注：当边长小于200 m时，边长中误差应小于20 mm

(2)高程控制测量

高程控制网以GPS控制点为基础，增加11个高程点组网布设，以测区附近2016年吴淞高程水准成果为起算点，采用四等水准测量的方法进行观测，观测结束后，及时对观测成果进行认真检查，各项技术指标符合限差后，方能进行平差计算。主要技术指标如表2。

表2 四等高程测量主要技术指标表/mm

注：①K为测段、区段或路线长度，L为附合路线长度或环线长度，R为检测段长度，均以km计；②检测已测测段高差之差的限差，对单程及往返检测均适用；检测测段长度小于1时，按1 km计

1.2 碎部测量方案设计

1.2.1 1:500带状地形测量

(1)测图前的准备

测图前应检查和校正仪器，使之满足《城市测量规范》第4.3.4条之要求。

(2)测绘方法及要求

地形测绘可采用GPS-RTK、全站仪配合CASS数字化地籍地形成图系统进行全野外数据采集，室内计算机上制图。

①采用绘草图的数字化成图系统，应在采集数据的现场，实时绘制测站草图。

②在满足GPS使用信号时，道路、河流、植被等特征点线数据可采用GPS-RTK进行采集；居民地及各类建构筑物细部点数据，可利用全站仪采用极坐标法或方向交会法进行采集；在密集建筑物内部设站困难时，可采用几何作图等综合方法进行。

③采用全站仪施测时，在测站上设置仪器后应进行下例检查；

仪器对中误差不得超过图上0.05 mm；定向检查，测绘时归零差不应大于4′；检查另一控制点高程，其较差不应大于1/5基本等高距。

以上各项检查合格以后，方能进行碎部点测绘。

④采集数据时，测距最大长度与高程注记点间距应分别符合《城市测量规范》第4.5.3条与4.5.5条第一款的规定。

⑤采集的数据应进行检查，删除错误数据，及时补测错漏数据，超限的数据应重测[9]。

⑥测区范围：以设计道路中心线为依据，两侧不小于80 m。交叉口测量范围自道路红线交叉口圆角切点以外各50 m。

(3)图幅分幅和基本等高距

分幅采用正方形(50 m×50 m)图幅分幅，图廓坐标1∶500地形图取至0.01 km，图号注记到小数点前两位和后两位。图名以西南角坐标命名。测图比例尺1∶500图基本等高距为0.5 m，碎部点高程注记到0.01 m。

1.2.2 图根控制测量

采用GPS测量方法布设,必须有一个以上通视方向。

图根点相对于图根起算点的点位中误差，不得大于图上0.1 mm；高程中误差不应大于测图基本等高距的1/10。

图根点点号按小组编号顺序流水号，如G1……Gn，H1……Hn，高程取位到0.001 m。

1.2.3 雨污水管道线测量

测量拟建道路范围内现有雨污水管的走向、管径及管内底标高；测量与已建道路相交的道路下已建雨污水管道走向、管径及管内底标高，范围至相交道路转弯切线外3座井。沿线及路口如有雨污水预留井，测出管道的走向、管径及管内底标高。

作业方法外业采用自制T形探测杆进行外业探测，以井座为基点，依次量取井底、管内底标高、井座标高，然后根据井座高程推算井底、管底、管径等数据。雨污水流向根据外业现场观察结合井底、管底实际高程综合判断，井盖位置视情况利用全站仪或者GPS-RTK测量；内业按各管线中心坐标进行连线，并注明雨污水管线类别，有预留管的注明预留管内底标高。

1.2.4 道路断面测量

纵断面：采用全站仪极坐标法按设计中心线及规划中心线中桩测量地面高程，地形变化处加密高程点。

横断面：宽度以设计中心线为基准，两侧各测45 m，遇河岸、出入口及地形起伏处加测横断面。老路基等硬化过地面精度要求相对较高，宜采用全站仪极坐标法施测；非硬化自然地貌断面特征点精度要求相对略低，采用GPS断面点放样法，可快速准确的采集断面特征点。

1.2.5 河道横断面测量

河道横断面采用华测iBoatBMI智能无人测量船进行水底高程数据采集，GPS信号弱时采用全站仪进行平面定位测量。

沿线每条相交河道测量3个河床断面，分别对应道路规划中线及两侧红线位置，里程桩与道路中线保持一致，河床断面以能清楚的反映河道边坡及河底地形变化为原则。

1.2.6 沿线交叉路口散点标高

沿线交叉路口散点标高以方格网形式测注，中心线、快、慢车道边缘处增加标高点。

1.2.7 现状桥梁细部标高采集

现状桥梁的伸缩缝、墩柱、桥台位、桥面标高、桥梁底标高、各交叉口跨线桥梁底标高(盖梁底标高)，采用水准测量法或者三角高程测量方法采集。

2 质量检查

为了保证成果质量，依据《测绘产品质量检查与验收》GB/T 24356-2009、《数字测绘成果质量检查与验收》GB/T 18316-2008及《上海市测绘产品质量检验实施细则》等相关规范，本次测量成果依次通过了作业部门的过程检查和单位质量管理部门的最终检查，具体要求如下：

(1)过程检查采用全数检查，既逐单位成果进行详查，检查出的错误改正后通过复查再提交最终检查。

(2)最终检查采用全数检查，涉及野外检查项的采用抽样检查，样本以外的实施内业全数检查。最终检查不合格的单位成果退回处理并重新进行最终检查。

3 测量成果及评定

3.1 控制测量成果

本次工程控制测量共埋设平面及高程控制点41个，水准引测路线22 km，部分控制测量成果见表3。

表3 部分控制测量成果表

3.2 碎部测量成果

碎部测量中，1:500数字化地形测量1.2 km2，雨污水管线测量19 km，河道断面测量1.9 km，道路纵断面测量7.5 km，道路横断面测量34 km。部分成果图例见图1～图4所示。.

图1 道路平面图示例

图2 雨污水平面图示例

图3 河道断面图示例

3.3 成果质量评定

图4 道路断面图示例

表3 断面测量精度评价表

4 效益分析

道路改扩建是城市交通类基础设施建设，对城市的发展有着非常积极的作用，本工程实施后，效益主要体现在以下几个方面：

(1)环境效益。南芦公路经过宣桥、惠南等镇域，是中部城镇带与北部区域(迪士尼方向)、东南区域(临港方向)联动的主要交通通道，南芦公路的改扩建，进一步支撑区域交通功能的提升，加快集镇和农村环境整治，有利于提升政府公共服务水平，完善生活宜居功能，

(2)社会效益。在江浙沪区域内，国道G228是长三角地区长江入海口具有政治、经济、交通等意义的国家公路，作为国道G228的组成部分，南芦公路的改扩建，有利于增加南北向国道的辐射面，提升上海东部交通发展条件，进而增强杭州湾北岸的交通服务能力，有利于提升临港地区交通疏解能力。

(3)经济效益。南芦公路的改扩建，将主动承接周边重点开发区域的产业溢出，发挥产业承接功能；主动对接沿线迪士尼主题乐园与野生动物园等区域其它旅游景点，有利于加强旅游产品和服务配套，挖掘旅游资源和旅游节庆活动，做大做强旅游度假功能。因此，南芦公路的改扩建将支撑区域交通功能提升，促进中部城镇带转型发展。

图5 南芦公路与中部城镇带的联系示意图

5 结 语

基础设施建设是城市发展的基础环节，其涉及到的道路改扩建工程，关系着与城市规模相匹配的交通承载能力[10]，对城市的发展尤为重要。道路改扩建工程的规划设计，离不开工程范围内大比例尺地形、断面、雨污水管线等现状数据的获取，须进行相应的方案设计才能经济、合理、高质量的完成测量工作。本次工程测量方案设计符合预期，取得了不错的工程效益。