李光耀

（兰州市城市建设设计院，甘肃兰州730030）

0 引言

道路纵横断面测量是道路工程测量的重要组成部分。城市道路改扩建工程的纵横断面测量和线形设计有别于新建城市道路，其无章可循，实际操作难度较大。传统的纵横断面测绘是以水准仪为主体进行的，主要利用电子全站仪、水准仪等地面测量仪器，配合其他测量工具(如皮尺、塔尺等)进行。这种测量模式存在着作业人员和仪器设备多、野外工作量大、工作效率低、测量误差累积、现场测量成果不直观、自动化程度较低等诸多弊端。

目前随着测绘仪器的更新换代，测绘高新技术的广泛应用，纵横断面测量方法也有所改进。根据不同的地形状况、周边环境，以及设计要求，可以选用不同的测绘手段，优质、快速、高效地获得纵横断面图的测量成果。一般需改扩建的城市道路，在运营多年后，纵、横断面已偏离竣工时的线形，如何合理地利用成熟的高新测绘手段，对纵横断面进行测量显得尤为重要。为此，本文结合工作实际，基于RTK技术，针对城市道路改扩建工程的纵、横断面测量方法及相应实施过程做一实际应用。

1 RTK定位技术简介

RTK(实时动态)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，它是GPS测量术发展的一个新突破，在测绘、交通、能源、城市建设等领域有广阔的应用前景。RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。实践证明，RTK技术能有效地解决传统测量技术难以解决的通行、通视等困难。只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为5 km),RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级,且不存在误差积累。RTK技术不要求两点间满足光学通视,只需要满足“电磁波通视和对空通视的要求”，因此和传统测量相比,RTK技术受限因素少，几乎可以全天候作业。RTK可胜任各种测绘外业。流动站配备高效手持操作手簿，内置专业软件可自动实现多种测绘功能，减少人为误差,保证了作业精度。

兰州市城市建设设计院从2000年开始在测绘业务中使用GPS+RTK技术，主要应用于地形测量、道路定测等工作。RTK作业测量正常时间为1～2 s，平面精度就可以达到1 cm左右，高程精度可以达到1～3 cm，且整个测量过程不需通视，尤其是道路定测工作有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。仪器型号：HIPER双频RTK，该仪器内置道路定测软件，只要输入道路的设计元素即可。

2 GPS-RTK技术在城市道路改扩建断面测量中的应用

2.1 工程概况

兰州市北滨河路是集绿化、景观、交通为一体的城市主干道。道路建成十余年来，局部路面水泥板块破损，特别是由于洪道桥与路基之间的不均匀沉降，路面下沉严重，使用功能无法满足2011年兰州国际马拉松赛道的整体要求，其中北滨河路（七里河桥—城关黄河大桥段）全长7.15 km，路面破损尤为严重，作为此次道路改扩建工程的重点路段进行整治。

兰州市北滨河路作为城市主干道，交通环境复杂，车流量大。根据设计任务的要求，道路纵横断面的测量任务量大，工期紧，如果按照传统的测绘方法，需投入大量的人员设备，再加上交通环境的诸多困难，短期内按时保质保量完成任务困难比较大。鉴于此种情况，根据多年来使用RTK技术的成熟经验，通过分析比较，认为基于RTK技术获取城市道路改扩建断面数据是唯一可行的手段。

2.2 前期准备工作

（1）道路断面数据测量依据：

根据《城市测量规范》（CJJ8-99）7.4市政工程测量的要求，道路中线桩位与曲线测设的限差见表1所列。

纵、横断面测量：纵断面测量，相邻水准点高差与纵断检测的限差，不应超过2 cm。横断面测量的方向，在直线部分应与中线垂直，在曲线部分应在法线上。

（2）布设测区控制网，北滨河路（七里河桥—城关黄河大桥段）全长7.15 km，每隔2 km布设一对控制点，按照E级网控制作数据处理，施测4个四等水准点。基准站选择设置在其中地势开阔、比较高的已知控制点上。RTK在进行中桩放样与纵断面测量时，要求初始化测量两次，以减少粗差。

表1 线路中线桩位与曲线测设的限差一览表

（3）该项测量采用1+2的RTK模式，即一台基准站、两台流动站。RTK手簿内置道路测设软件，输入道路设计诸要素后，用一台流动站进行中桩放样与纵断面测量，需一人操作。另外一台流动站专做横断面测量。为了提高测量速度，需两人配合工作。该项测量只需安排4人即可。

3 中线放样方法

GPS-RTK技术具有多种放样功能，在道路放样中最常用的是放样点位或者道路中线放样。首先进入RTK手簿的道路中线放样界面，然后输入所要放样的起始桩号，RTK手簿马上就显示出当前点的信息，并自动解算出平面、高程数据，将当前点的位置显示在导航图的中央。并显示出当前点与放样点实际位置的偏移量，同时在导航图上显示出RTK天线应移动的方向和距离。当RTK天线位置与放样点的实际位置重合时，即可得到放样点的位置，同时采集该点的实地坐标和高程，并存放于坐标文件中。至此道路的中桩平面坐标与高程（纵断面）数据已经获取。表2为部分中桩、纵断面两次初始化测量结果的数据比较。

表2 部分中桩、纵断面两次初始化测量结果比较表

横断面的测量方法：横断面测量主要是根据设计的要求，沿中线方向大约每隔20 m的间隔，垂直于中线，在中线两侧测量一定距离宽度的地形变化数据。RTK测量时采用线路放样模式，横断面的流动站在任意位置时，都会显示距中线的垂直距离，因此只需移动到设计中桩号对应的地方，根据地形变化情况采集该变化点的位置数据（包含距中线距离、高程），然后读取前面的中线测量数据记录，计算出变化点相对应的桩号的横断面数据（相对中线的距离、高差）。为便于处理，在采集记录时各断面是按里程桩编号。

内业数据整理：将所采集的中线坐标、纵断面数据文件与横断面数据进行整理并输出到计算机，可以用于后期的道路纵横断面设计。

4 结语

RTK作业法具备许多独特的优点，如:基准站只需架设一次（只要流动站能 收到数据链信号），无须架设在平面控制点上等。所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数 ，仅需一人操作，每个放样点只需要停留1～2 s,就可以完成作业。在城市道路路线测量中，每小组(3～4人)每天可完成中线测量 3～5 km,在中线放样的同时完成中桩抄平工作。独特的优点形成了它独特的作业优势：野外作业灵活、方便、高效，尤其是在地形特别复杂的测区作业，其精度和效率更是其他常规测量方法所无法比拟的。

其缺点是：RTK的测量精度受椭球转换参数、GPS卫星、测区环境和数据链的影响，其定位精度存在不稳定性，定位误差也随着距离的增加而变大。甚至在一些特殊区域，如在立交桥或高大建筑物下作业根本无法工作。因此，这种作业手段只能在条件许可的情况下使用。

基于以上的工作实践和目前实际情况，在道路纵横断面测量中，条件允许的情况下，采用RTK一体化作业尽可能取代传统作业方法，缩短工作周期，纵横断面数据不会与所测地形图产生矛盾。因此.可以大大减少野外工作，又可节约成本、提高工作效率，而且其优越性更为明显。

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