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道路纵、横断面测量方法探究.doc

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道路 横断面 测量方法 探究
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目:道路纵、横断面测量方法探究资源工程学院道路纵、横断面测量方法探究【摘要】随着我国道路的迅速发展,同时在道路测量技术的要求也变得严格,例如道路的纵、横断面测量技术。根据周围不同的环境、不同的地形状况以及不同的设计要求,要如何选用不同的测量方法,来迅速、便捷地取得道路纵、横断面图的测绘成果。本文结合工作实际,就使用全站仪、GPS-RTK 以及传统测量方法对道路的纵、横断面测量方法进行对比,找到一套可以适合大部分地形状况、周边环境以及设计要求的道路纵、横断面测量方法。 【关键词】全站仪;GPS-RTK;道路纵、横断面测量方法目录1.引言 ....................................................................................................................................................................11.1 研究的背景 .............................................................................................................................................11.2 研究的目的与意义 .................................................................................................................................11.3 研究的内容 .............................................................................................................................................12. 技术简介 ..........................................................................................................................................................12.1 全站仪的技术简介 ................................................................................................................................12.2 RTK 定位技术简介 ................................................................................................................................23. 纵、横断面及相关外业数据的获取方法 ......................................................................................................23.1 纵、横断面定义 .....................................................................................................................................23.2 纵、横断面测量的作用 .........................................................................................................................23.3 纵断面数据获取的两种方法比较 .........................................................................................................23.4 横断面数据获取的四种方法比较 .........................................................................................................23.4.1 水准仪视距法: .........................................................................................................................23.4.2 经纬仪视距法: ........................................................................................................................23.4.3 全站仪坐标法: .........................................................................................................................23.4.4RTK 坐标法: ...............................................................................................................................34. 利用南方地形地籍成图软件 Cass 系统处理外业数据的两种方法 ............................................................34.1 由实测断面数据绘制断面图 ...............................................................................................................34.2 由数字地形图绘制断面图 ..................................................................................................................35. 工程实例 ...........................................................................................................................................................45.1 工程概况 ..............................................................................................................................................45.2 作业方法及具体操作步骤: ...............................................................................................................45.2.1 路线中线测量: .....................................................................................................................45.2.2 中桩高程测量: .....................................................................................................................45.2.3 横断面测量: .........................................................................................................................55.3 内业数据处理 .........................................................................................................................................55.4 提供资料 ................................................................................................................................................56. 总结 ..................................................................................................................................................................6致谢词 ....................................................................................................................................................................711.引言1.1 研究的背景道路纵、横断面测量是道路测量不可缺少的一部分。传统的纵、横断面测绘方法是把水准仪做为主体进行的,主要使用水准仪、全站仪等地面测绘仪器,加上其它测量工具(如塔尺、皮尺等) 的配合进行。通过传统的测量方式得出在外业工作中效率低、受环境因素的影响较大,同时测绘成果不直观等诸多问题。 传统测绘方法已经完全无法满足现在的测量作业需求,需要找到新测量方法来解决现阶段的问题。1.2 研究的目的与意义当今随着经济的快速发展,测量仪器也得到了全面的升级,同时要求道路纵、横断面的测量技术越来越高,通过依据不同的地形起伏变化以及设计要求,按现在道路测量技术选用严格的测量方法,以最优的效率和高精度来获得道路纵、横断面图的测量成果。1.3 研究的内容各种纵、横断面的传统测量方法和现在新的测量方法的对比,并结合工作实际,对道路纵、横断面测量的各种方法以及相应外业步骤做一对比探究,找出一套适合大部分环境及设计要求的测量方法。2.技术简介2.1 全站仪的技术简介全站仪(Total Station),主要是以测量水平角、垂直角、距离和高差的方式来获取工作所需成果的最新测量仪器 [1]。水平角测量、距离测量以及坐标测量是全站仪测量的主要工作。当作业场地为水平面时(这里指的是理想状态下),若欲测定测站与指定点的水平距离 D(即 A、B 两点间的水平距离),需将全站仪设在 A 点上,对中、整平、量仪器高后在目标点 B 安置棱镜 [2]。全站仪由 A 点发射光束至 B 点,随后又由棱镜反射后回到仪器,则所求的水平距离 D 可由公式:D=1/2*CT (2-1)求出,式中 C=C/n,C 为真空中的光速值(固定值),而 n 为大气折射率,它的值由全站仪所用光源的波长、测量时的气压、气温以及湿度等因素决定 [3]。然而当测量人员实地作业时遇到情况的多为如图 3-1 所示的作业地形,在这种情况下,用全站仪进行测量的本质即三角高程测量。假设 A 点的各项观测参数已知,若需求出已知点 A 与目标点 B 之间的高差 h 及水平距离 D,则需先测得测站点到目标的距离直线距离,即斜距 L [4],之后,全站仪会根据自动测得的竖直角 α 给出观测者所需的水平距离 D 和高差 hE,其计算公式如下:D=L*cosα (2-2)HE=L*sinα+HA-HB (2-3)图 2-1 全站仪测量工作原理22.2 RTK 定位技术简介 RTK 是现在测量中使用频繁且精度较高的测绘仪器。其测量系统由 GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统组成。同时充当流动站时,一般需与无线电台同时接受卫星使用 [5]。通过操作其测量方式效率高,精度远满足当代测量技术要求。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) , 同时通过最后所得的结果进行精度分析,得到各精度都满足设计要求且没有积累误差 [6]。RTK 技术并不受到什么限制,一般通视范围在 15°以上就可以操作。所以与传统测量方法比较,RTK 技术可以一整天的进行工作 [7]。RTK 技术几乎可以担任野外各种测量工作。同时配有的手簿如同计算机一样,可以随时解算和解决测量当中的各种问题并不积累误差 [8]。3.纵、横断面及相关外业数据的获取方法3.1 纵、横断面定义道路纵断面测量就是在道路的中线方向按一定的间隔测出其坐标和高程点,同时在坡度发生起伏变化时,一定需要在变化的地方添加高程点。道路横断面测量是沿着垂直道路的中线方向上的坡度变化的地方测量高程点 [9]。其实质就是道路的高程测量。3.2 纵、横断面测量的作用纵断面测量体现了道路顺着中线的地形起伏情况,将所测的中桩、地面高程点绘制在图纸上,作为道路纵坡设计的根据。横断面测量是测量垂直于道路中线方向上的地面起伏状况。 按一定比例画成横断面图。根据不同工程的性质和要求,所测横断面图也有不同的用途。对于道路工程:主要供土石方量计算、路基设计、路基施工放样和路基加固防护工程设计等之用;而在河道工程:计算洪水流量、河流宽度的设计和计算土石方量等之用。3.3 纵断面数据获取的两种方法比较首先利用全站仪放样和 GPS-RTK 放样功能进行中线测量,之后根据中线测量标记出的中桩点位置,利用水准仪和 GPS-RTK 两种方法进行纵断面数据的获取,测得各个中桩点的高程。水准仪获取纵断面数据较 GPS-RTK 相比精度较高,但是要求配备的作业人员数较多,在设计要求没有特别要求下,GPS-RTK 测量地精度基本能满足道路纵横断面测量的要求;而且用 GPS-RTK 中线放样的同时也采集了该中桩点的实地坐标和高程,至此道路中桩平面坐标和高程(纵断面)数据都获取到了;水准仪测量得到的外业数据需要人工记录存在着多次的人为记录误差,内业处理时还需要人工录入电脑也同样存在人为的录入误差,RTK 数据全部存储在内存卡里都是电子数据,完全避免了这类的人为误差,用数据线传输到电脑里用软件直接处理就行;所以在 RTK 作业环境允许的条件下,尽量选用 RTK 进行中线测量和纵断面测量比较优质、快速、高效。3.4 横断面数据获取的四种方法比较3.4.1 水准仪视距法:水准仪的视距法在道路两边地形平坦中,所得的结果精度较高。多适用于城市建筑区和平原地区。在横断面位置上安置水准仪,读取视距和视线高。测出横断面上点的距离和高程 。 但是需要作业人员较多(4 个),作业效率慢,受天气因素影响较大。3.4.2 经纬仪视距法:这种方法是在中桩上或横断面点上安置经纬仪,把标尺立在此断面的地形变化处。量得仪器高,读取视距和垂直角,测出距离和高程 [10]。这种方法用于地形变化较大和树木杂草较多不方便量距的地方。精度要求也较高,也同样需要作业人员较多(4 个),作业效率慢,受天气因素影响较大。3.4.3 全站仪坐标法:第一步沿道路中线在施工范围以外测设平面控制点和高程控制点。 第二步在已知控制点上安置全站仪。 将仪器对中,整平,建立文件并将相关坐标信息输入其中。然后将棱镜放在所需测出的横断面上。测量每横断面点的平面坐标和高程,并记录在仪器所需的文件当中。每个断面的点号、中心桩点号和桩号都要记录下来。此方法需要配备的作业人员(一组 3 个),如果增加作业组就可以提高作业3效率和速度,而且测量数据全部是电子数据避免了人为记录误差,也受天气因素影响较大。3.4.4RTK 坐标法:在垂直于中线并经过中桩的方向上,利用 RTK 技术准确测出该横断面上的起伏变化,测量的范围是在道路中线的左右各多少米(按道路设计要求),测出横断面点所有的平面坐标和高程,根据横断面测量的要求,外业测量时尽量让一个横断面上的点在一条直线上。此方法需要的作业人员相比于以上三种方法来说较少(一组 1 人),如果增加作业组也可以提高作业效率和速度,测量数据全部是电子数据同样避免了人为记录误差,受天气因素影响跟前三种方法比较,这种方法很好的克服了天气的影响,而且如果有需要夜间也可以正常作业。4.利用南方地形地籍成图软件 Cass 系统处理外业数据的两种方法在南方 Cass 软件画断面图的方法中,有根据里程文件和根据已知坐标两种方法画断面图。 4.1 由实测断面数据绘制断面图 1) 如外业使用的仪器是水准仪和经纬仪, 根据这类测量方法我们用 CASS7.1 中根据里程文件来画断面图,里程文件由外业测得的水平距离和高程组成,如果里程数据比较少时,可采用 *.txt 文档生成里程文件,将文档文件的扩展名改为“*.hdm ”[11],其格式如图 4-1: 图 4-1 纵断面里程文件建立好里程文件后利用南方 Cass 7.1 软件通过绘制断面图命令,根据设计要求进行断面图的绘画。2)若实测采用全站仪或 RTK 获取断面桩的三维坐标断面数据,这类测量方法我们用 Cass7.1 中根据已知坐标画断面图,打开 CASS7.1,展点断面桩三维坐标数据,利用 PLine 命令依次连接各点,选择菜单命令中【工程应用】—【绘制断面图】—【根据已知坐标】命令绘制断面图。利用里程文件在绘制河道、渠道、管线、管道、道路等距离较长的纵断面图绘制上优势明显。实测断面数据绘制断面图能够灵活的选择明显的特征点布设断面桩,力求全面准确的反应地面起伏信息。精度方面可以根据精度要求选择测绘方法。然后根据测量成果数据选择使用根据里程文件绘制断面图或根据已知坐标绘制断面图。4.2 由数字地形图绘制断面图 在 Cass7.1 软件中根据里程文件、根据三角网、已知坐标文件和等高线都能在数字地形图的基础上绘制断面图,不一样的地方在于需要使用绘制数字地形图不同阶段的数据。根据里程文件画断面图,首先由数字地形图生成里程文件,此方法对生成较大数量里程文件时比实测断面数据生成里程文件方便快捷,但断面图精度要较实测断面数据绘制断面图差。45.工程实例5.1 工程概况福州市马尾区亭江 5 号路南段道路工程勘测任务,该工程主线北接 104 国道南接闽江;支线西起5 号路东至 6 号路。福州市马尾区亭江 5 号路南段道路工程主线长 466.684 米(K+0.00 至K+466.684),设计路宽 24 米,本次定线长度为 466.684 米,中桩定位 466.84 米,2 个交点,测设BM 点 1 个,平面坐标采用福州城市地方平面直角坐标系,高程采用罗零高程系,绘制全线纵断面图、横断面图。5.2 作业方法及具体操作步骤:由地形图(图 5-1)可知,福州市马尾区亭江 5 号路南段道路是从一片基建工地穿过,周围也没有大树和较高的建筑物阻挡 RTK 的信号,非常适合 RTK 作业。针对此种环境状况,我们首选 RTK 进行主要的外业测量仪器,由于设计需要我们使用水准仪测得各中桩点高程即纵断面外业数据,用 RTK进行横断面测量获得横断面数据。图 5-1 地形图5.2.1 路线中线测量:利用 GNSS 综合服务系统采用中海达 V8 型 GPS 接收机进行放样。我们在出外业的前一天晚上先用电脑在设计图纸上把道路上的所有中桩点的坐标复制粘贴到Excel表格中,然后复制到记事本中,把记事本的格式改成.dat 文件格式,再通过 SD 存储卡导入到RTK的手簿中。出外业当天用中海达 V8 型 GPS 接收机中的点放样功能进行中线测量,每放出一个中桩点再测量出这个点的三维坐标,再用木桩在点上做好标记,为了能够让我们在后面的中桩高程测量和横断面测量时可以找到对应的中桩点。5.2.2 中桩高程测量:利用福州市勘测院已检核等级水准点 I216(三等埋石)进行闭合水准测量,采用索佳自动安平水准仪测设道路工程水准点(BM 点)。所有中桩点都要过,在中线方向上两中桩点间如果地形有高低起伏变化较大处需要加测中桩点,比如在地形多样的土堆、渠、坎、坑、沟、塘等需要加大密度测量特5征点,这些加测的特征点一般需要高和低、上和下对应。在途中测设道路工程水准点(BM 点)1 个。表 5-1 为福州市马尾区亭江 5 号路南段改造工程 BM 点成果表。序号点号 等级 高 程(m)标志类型 点之记 高程系统1 BM103 工程水准点 6.945 油漆标记 位于马尾区亭江镇长柄村 104 国道路边 110 号高压杆旁边路标基座上罗零高程系表 5-1 工程 BM 点成果表5.2.3 横断面测量:采用中海达 V8 型 GPS 结合已布设中桩逐桩施测,每隔 5 米一个点,在地形复杂的地方加密测量特征点,横断面的方向垂直于道路中线方向,测点的连线垂直于曲线路段的切线方向,测量尽量保持在一条直线方向上。5.3 内业数据处理因为采用的是中海达 V8 型 GPS-RTK 获取纵横断面的三维坐标断面数据,所以采用南方 CASS 软件中根据已知坐标绘制断面图的功能绘制断面图;纵断面图用根据里程文件的方法来绘制。打开 CASS7.1,展点断面桩三维坐标数据,利用 PLine 命令依次连接中桩的各点,选择菜单命令中【工程应用】—【绘制断面图】—【根据已知坐标】命令绘制断面图。5.4 提供资料1、如图 5-3 所示为道路最终设计纵断面图; 2、如图 5-4 为道路所需的道路横断面设计图。图 5-3 道路纵断面图6图 5-4 道路横断面图6.总结GPS-RTK 坐标法拥有很多其他仪器没有的优点 :①外业工作人员比较少( 3 人);②外业工作可以不需要人工记录数据;③工程工作的时间周期较短;④所测地形图与纵、横断面的数据不会出现不一致的现象。所以在地形测量和纵、横断面测量中,GPS-RTK 的外业方法代替传统的作业方法,不仅可以很大的减少外业的工作量,而且能节约项目成本、提高工作效率。由上面的论述和目前现实的工作情况,提出如下三点建议 : 1 道路的纵、横断面在没有特殊要求下多用 GPS-RTK 测量法。2 在地形起伏变化较大时,我们采用碎部点测量,对高程变化明显的地方进行碎部点采集。对人工根本无法到达的地方,我们选择全站仪三角高程法。全站仪三角高程测量法跟水准仪法比较,降低了摆站数 ,外业时比较灵活。GPS-RTK 测量在全站仪和水准仪无法完成作业的条件下作为补充。如在有较多障碍物阻挡仪器的视线、高程控制点距离较远的测量区域或由于各种原因只有晚上才可以完成的工程 ,使用 GPS-RTK 坐标法就能体现其独特的优越性。 3 如果用全站仪测量时,需要设站数目过多、通视条件差,外业环境使 GPS-RTK 无法接收到卫星信号,不能正常工作且附近的高程控制点较少的非常复杂的测区(比如民房聚集地,胡同里)测量时,我们才不得不选用传统的作业方式,不然作业首选方法是 GPS-RTK 法。致谢词这次毕业设计(论文)从最开始的选题时针对自己在外专业实习一年期间所学习到的知识来定题目,由于对道路纵、横断面测量的知识学习认识的比较单一,还不够系统,所以在搜集资料并阅读上7花了很长的一段时间,最终找到了论文的写作思路完成了论文的写作。到最后的论文定稿,这其中有着酸甜苦辣,但结果是美好的,我的论文最终完稿。在此我非常感谢论文指导老师贾秀丽老师。贾秀丽老师是我大学四年中见过最温柔的老师,她为人随和热情,治学严谨细心,对学生非常负责任。当在论文的写作用语时,贾老师始终细心指导并对其加以改正。从论文的资料收集,写作,修改及最终论文的敲定。老师是不厌其烦大的为我们一一指出并从中分析问题,一直弄到我们确切会写为止。正因为有了贾老师的细心帮助,才能得到顺利的毕业,真心的谢谢贾老师帮我解决了如此多的困难。另外,感谢和我一起度过四年大学时光的老师和同学们,感谢期间老师的谆谆教诲和同学们的无私帮助,和他们一起度过的四年给了我终生难忘的记忆,感谢他们让我学会了更好地分享与感恩,谢谢他们。参考文献[1]姜凤,吕胜宾.《从河道横断面测绘看测绘技术在水利行业的发展》,《水利科技与经济》.2012,期 3.[2]刘瑞文.《浅谈三角高程测量新法》,《政府法制》.2008,第三版.[3]韦东波.《全站仪在测量实习中的使用》,《大众科技》.2010,第六版.[4]李光耀.《基于 RTK 技术的城市道路断面数据的获取》,《 城市道桥与防洪》.2012,4:236.[5]史先琦.《浅析 GPS-RTK 技术在土地勘测定界中的应用》,《科技创新导报》.2012,5:136.[6]郭莉莉.《GPS RTK 技术的优缺点及发展前景》,《黑龙江国土资源》.2012,11.[7]陈永玛.《全球卫星定位系统在实时动态测量(RTK)中的现况分析 》,《科技致富向导》.2012.[8]李光耀.《基于 RTK 技术的城市道路断面数据的获取》,《 城市道桥与防洪》.2012,4:236.[9]詹家民,周金山,樊小美.《RTK 与全站仪联合作业在道路网线测量中的应用》,《全球定位系统》.2012.[10]互联网数据.《成图软件 CASS 软件在工程中的应用》.[11]马春秋.《浅谈利用 CASS 系统绘制地形图和断面图的方法》,《黑龙江科技信息》.2010.[12]吴青平.《CASS 软件中几种实用的横断面图绘制及其土方量计算方 法》.《科学与财富》.2011.
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