1、GPS 测量技术在大型土石方工程中的运用摘 要 摘要本文介绍了 GPS 测量技术在大型土石方中发挥的作用，分析了 GPS 测量技术在大型土石方工程测量工作中发挥的优势。并以实例讲述了 GPS 测量技术在大型土石方工程中的运用。关键词：GPS；土石方；测量1 引言随着我国经济建设的深入 , 在各地的土地开发项目中 , 多数需要土地平整 , 土石方的测算必不可少 , 对工程设计和造价预算起着至关重要的作用 。 土地平整测量外业常采用水准仪 、 经纬仪和全站仪等测量仪器 ,内业计算有方格法 、 等高线法 、 断面法和数字高程模型(D i git a l E l eva ti on Mode l ,
2、D E M ) 法等方法 。在同样精度要求下 ,采用不同的测量方法会有不同的效率 ,选择合适的测量方法有利于提高效率 ,节省时间 ,甚至可以减少纠纷 。 具体采用什么方法根据实际情况和施工方要求确定 。 GPS-RTK 技术近年来得到了快速发展 ,并日趋成熟 ,已逐步应用于工程测量的各个领域 ,用于土方测量更是极大地提高了效率 。2GPS 的定义（Global Positioning System）全球定位系统(GPS)是 20 世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。由(1)地面控制部分（由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的 工作)、地面天线(在主控站的
3、控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成）；(2)空间部分（由 24 颗卫星组成，分布在 6 个道平面上）；(3)用户装置部分（ 主要由 GPS 接收机和卫星天线组成）三部分构成。具有(1)全天候；(2) 全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率：(5)应用广泛多功能的特点。3 GPS 的运用1土方测量方案的确定在武汉天河机三期 F2 标的土石方工程中 ,应用 GPS-RTK 1+2 模式进行土方测量 ,取得了较好的效果 。 该项目中 ,业主要求土方测量采用方格网的方法测量 , 要求采集的高程点严格按 20 m 20 m 的方格分布
4、,并且给出了已经画好方格网的测区电子图 。测 区 面 积 大 约 1158400 m2, 大致呈西南至东北方向条形分布 , 西南至东北长 1200 m ,东南至西北最长 1040 m , 测区范围较大 , 按 20 m 20 m 方格网划分 ,需测量点位将近 3000 个 , 并且要首先确定每个方格网点的位置 , 由于场区位于江汉平原东部边缘，属低垄岗倾斜平原，场区为丘陵地，地形波状起伏，水塘星罗棋布，相当于长江三级阶地，工作量较大 , 且工期很紧 ,选择一个最佳的测量方案至关重要 ,我们对如下方案进行了比较 。( 1 )应用常规全站仪测量 ,将各点放样到实地 , 并采集坐标 。 这种方法操作
5、简单 ,仪器要求不高 ,但是受通视和距离影响较多 。一般的等高线法 、 数字高程模型法的土方测量中 , 效率较高 , 但在此项目中 , 不太实用 。 若采用业主要求的方格网法 , 首先要在电子方格网图上采集每个网格点坐标 ,外业要放样到实地 ,然后采集各点的三维坐标 , 工作繁琐 , 效率低下 , 所以暂时放弃全站仪测量法 。( 2 ) 利用 GPS-RTK 测量技术 , 用常规放样模式将各网格点放样到实地 , 同时采集各点的三维坐标 。 这种方法不受距离和通视限制 , 且测量速度和精度较全站仪测量有所提高，全天候不受时间限制 ,但同样面临相同的问题 ,必须内业量取各格网点坐标 ,外业逐个放样
6、并采集 ,还是不能达到提高效率的要求 。( 3 ) 因 R TK 有放样直线的功能 , 即能放样一条直线到实地 。 利用这一功能 , 将方格网分解成一条条直线 ,每条线上隔 20 m 一点 ,测量时以线为单位测量 ,这样 ,既省去了内业逐个量取格网点工作 ,外业也不必逐点放样 ,大大提高了效率 。 另外我们采用 R TK 1 + 2 模式 ,增加流动站数量 ,提高了工作效率 。2. 实施过程在本项目中采用中海达 V30GPS 基准站 + V30GPS 接收机 。中海达 V30GPS基准站 +集成 GPS 主机 、 天线 、 电源 、 R TK 数据链电台 ,并利用蓝牙技术在接受机主机和手簿之间
7、进行数据交换 ,是完全无线 ,一体化 GPS 接收机 ,给外业测量带来极大的便利 。中海达 V30GPS 基准站 +V30GPS 接受机 RTK 测量精度 （1）静态、快速静态精度： 平面：(2.5110-6D；高程：(5110-6D) m;（2）动态精度：平面：(10110-6D) mm；高程：(20110-6D) mm,完全满足土方测量的要求 。 整个作业流程如下 。( 1 )前期准备 : 根据实际情况 ,沿东南至西北方向（即跑道垂直方向）划分测线, 沿西南至东北方向（即跑道方向）划分测线,。然后在电子图上画好测线标出 PH 值 , 供外业查询和检核使用 , 如下图所示 。其中测线号由 P
8、 或 H 加测线的 PH 坐标组成 , 如 H32 表示此条线的 H 坐标均为 32，P102 表示此条线的 P 坐标均为 102，他们的交点即我们需要采集高程的 20 方格网点。我们可以把数据从 CAD 中以.xls 格式导出，转换成.dat 格式，再用.dat 的格式导入手薄进行放样然后再采集；也可以直接从手薄查看坐标采集数据，每隔一段时间查看是否采漏数据，我们利用的后种。 ( 2 )现场测量 。 配备 3 台 GPS 接受机到现场 ,其中 1 台作为基准站 ,其余 2 台为流动站 ，分两组同时作业。 测区事先已做好了控制网 ,我们在地势较高、通视较好、辐射范围最广的地方架设基准站 , 设
9、置好各项参数 ,校正好点，测量即可开始 。 对于流动站 , 启动后 ,我们延着一条符合业主要求的整桩号直线测，根据测线图每走 20 米采集一个点的三维坐标 ,直至一条直线上需要采集三维坐标的点采集完再进行下一条直线上点的三维坐标采集。( 3 ) 外业完成后 , 将数据从手薄中导出 , 做必要的编辑 , 利用 cass 或其他软件计算土方量，我们利用的是南方 cass 中的方格网法土方计算计算土方。这样既方便快速又直观。3对工程建设产生的影响GPS 具有全天候、全球覆盖、三维定速定时高精度、快速省时高效率的特点，这样就能更好的实时的对工程质量和工程成本进行监控，工程量进行统计。如对同一个点填土前
10、后的高程观测，来监控层厚进行质量控制；对挖填方进行统计得出外借土方量，及时解决土源问题来进行成本控制；实时对已完工程量和尚剩工程量统计来进行进度控制等。GPS-RTK 的高效性使工程状况更加清晰明了的呈现在我们面前，这样工程的质量、成本、进度都有了较好控制工程就能更好的向着预期目标发展。4注意的问题在此 RTK 土方测量项目中 ,需要注意以下几点 :( 1 )X 坐标存在负值，在校点时一定要注意正负号。( 2 )各方格网点坐标系统要与架设基准站的控制点坐标系统一致 , 由于业主给的图上的坐标大都标记的为 PH 坐标, 而 RTK 中为 XY 坐标 ,以至于容易出错，所以要每采集一些数据后进行检
11、查。( 3 )流动站的参数设置一定要与基准站的参数设置一致 ,特别是电台通道 , 要用同一通道 , 否则无法接受信息 ；同时也要注意不要连接到其他施工单位的基准站上去了，本次 GPS-RTK 1 + 2 测量模式 2 个流动站的设置尤其要注意这点 。( 4 )由于中海达 V30GPS 基准站 + V30GPS 接受机为无线一体机 ,主机与手簿之间的信息交换通过蓝牙来实现 ,每次手簿设置参数或与原来的连接断开时 , 都要重新寻找蓝牙设备 ,与之建立连接 ,每个手簿一定要选择和自己相应的接受机 ,否则可能产生很多麻烦 ,尤其几个主机在一起时 ,容易出现混乱 。( 5 ) 如果某些地区因建筑物或树木
12、遮挡而无信号 ,此时格网点坐标无法采集 ,可在附近不远处采集与之等高的点 ,内业处理一下 ,也可以沿同一方向测量一点 ,用内插的方法确定方格点高程 ,这样做对土方的测量精度的影响不是太大 。5结语通过整个测量过程可以看出 , 使用 GPS-RTK1 + N 模式 ,进行土方测量 ,效率很高 ,并且降低了劳动强度 ,缩短了工期。在质量、成本和进度控制方面也更快速有效。对土方工程是否能的高效率、高质量的完成有着深远的意义。当然 , 如果在遮挡物较多 , 卫星信号不佳的地方 , GPS-RTK 还是有所局限 , 此时可以和全站仪结合使用 , 取长补短 ,达到最好的功效 。参考文献1 工程测量规范（GB 50026-93）2 周建郑 工程测量 黄河水利出版社 3 武汉天河机场三期扩建工程飞行区场道工程WHTH-F2标段施工合同蔡 江2014 年 2 月 8 日
