道路縱、橫斷面測量方法探究

1、<p><b>　　龍巖學(xué)院</b></p><p>　　資源工程學(xué)院畢業(yè)論文</p><p>　　題 目：道路縱、橫斷面測量方法探究</p><p><b>　　資源工程學(xué)院</b></p><p>　　道路縱、橫斷面測量方法探究</p><p>　　【摘要】

2、隨著我國道路的迅速發(fā)展，同時在道路測量技術(shù)的要求也變得嚴格，例如道路的縱、橫斷面測量技術(shù)。根據(jù)周圍不同的環(huán)境、不同的地形狀況以及不同的設(shè)計要求，要如何選用不同的測量方法，來迅速、便捷地取得道路縱、橫斷面圖的測繪成果。本文結(jié)合工作實際，就使用全站儀、GPS-RTK以及傳統(tǒng)測量方法對道路的縱、橫斷面測量方法進行對比，找到一套可以適合大部分地形狀況、周邊環(huán)境以及設(shè)計要求的道路縱、橫斷面測量方法。 </p><p>　　

3、【關(guān)鍵詞】全站儀；GPS-RTK；道路縱、橫斷面測量方法</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　1.1研究的背景1</p><p>　　1.2研究的目的與意義1</p><p>　　1.3研究的內(nèi)容

4、1</p><p><b>　　2. 技術(shù)簡介1</b></p><p>　　2.1 全站儀的技術(shù)簡介1</p><p>　　2.2 RTK 定位技術(shù)簡介2</p><p>　　3. 縱、橫斷面及相關(guān)外業(yè)數(shù)據(jù)的獲取方法2</p><p>　　3.1縱、橫斷面定義2</p>

5、<p>　　3.2縱、橫斷面測量的作用2</p><p>　　3.3縱斷面數(shù)據(jù)獲取的兩種方法比較2</p><p>　　3.4橫斷面數(shù)據(jù)獲取的四種方法比較2</p><p>　　3.4.1水準儀視距法：2</p><p>　　3.4.2 經(jīng)緯儀視距法：2</p><p>　　3.4.3全站儀坐標法

6、：2</p><p>　　3.4.4RTK坐標法：3</p><p>　　4. 利用南方地形地籍成圖軟件Cass系統(tǒng)處理外業(yè)數(shù)據(jù)的兩種方法3</p><p>　　4．1由實測斷面數(shù)據(jù)繪制斷面圖3</p><p>　　4．2 由數(shù)字地形圖繪制斷面圖3</p><p><b>　　5. 工程實例4&l

7、t;/b></p><p>　　5．1 工程概況4</p><p>　　5．2作業(yè)方法及具體操作步驟：4</p><p>　　5．2．1路線中線測量：4</p><p>　　5．2．2中樁高程測量：4</p><p>　　5．2．3橫斷面測量：5</p><p>　　5.3內(nèi)業(yè)數(shù)

8、據(jù)處理5</p><p>　　5.4 提供資料5</p><p><b>　　6. 總結(jié)6</b></p><p><b>　　致謝詞7</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p><b>　　1.1研究的背景

9、</b></p><p>　　道路縱、橫斷面測量是道路測量不可缺少的一部分。傳統(tǒng)的縱、橫斷面測繪方法是把水準儀做為主體進行的，主要使用水準儀、全站儀等地面測繪儀器，加上其它測量工具(如塔尺、皮尺等) 的配合進行。通過傳統(tǒng)的測量方式得出在外業(yè)工作中效率低、受環(huán)境因素的影響較大，同時測繪成果不直觀等諸多問題。 傳統(tǒng)測繪方法已經(jīng)完全無法滿足現(xiàn)在的測量作業(yè)需求，需要找到新測量方法來解決現(xiàn)階段的問題。</

10、p><p>　　1.2研究的目的與意義</p><p>　　當今隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，測量儀器也得到了全面的升級，同時要求道路縱、橫斷面的測量技術(shù)越來越高，通過依據(jù)不同的地形起伏變化以及設(shè)計要求，按現(xiàn)在道路測量技術(shù)選用嚴格的測量方法，以最優(yōu)的效率和高精度來獲得道路縱、橫斷面圖的測量成果。</p><p><b>　　1.3研究的內(nèi)容</b></

11、p><p>　　各種縱、橫斷面的傳統(tǒng)測量方法和現(xiàn)在新的測量方法的對比，并結(jié)合工作實際，對道路縱、橫斷面測量的各種方法以及相應(yīng)外業(yè)步驟做一對比探究，找出一套適合大部分環(huán)境及設(shè)計要求的測量方法。</p><p><b>　　2.技術(shù)簡介</b></p><p>　　2.1 全站儀的技術(shù)簡介</p><p>　　全站儀（Total

12、 Station），主要是以測量水平角、垂直角、距離和高差的方式來獲取工作所需成果的最新測量儀器[1]。</p><p>　　水平角測量、距離測量以及坐標測量是全站儀測量的主要工作。當作業(yè)場地為水平面時（這里指的是理想狀態(tài)下），若欲測定測站與指定點的水平距離D（即A、B兩點間的水平距離），需將全站儀設(shè)在A點上，對中、整平、量儀器高后在目標點B安置棱鏡[2]。</p><p>　　全站儀由A

13、點發(fā)射光束至B點，隨后又由棱鏡反射后回到儀器，則所求的水平距離D可由公式：</p><p>　　D=1/2*CT （2-1）</p><p>　　求出，式中C=C/n，C為真空中的光速值（固定值），而n為大氣折射率，它的值由全站儀所用光源的波長、測量時的氣壓、氣溫以及濕度等因素決定[3]。</p>&l

14、t;p>　　然而當測量人員實地作業(yè)時遇到情況的多為如圖3-1所示的作業(yè)地形，在這種情況下，用全站儀進行測量的本質(zhì)即三角高程測量。假設(shè)A點的各項觀測參數(shù)已知，若需求出已知點A與目標點B之間的高差h及水平距離D，則需先測得測站點到目標的距離直線距離，即斜距L [4]，之后，全站儀會根據(jù)自動測得的豎直角α給出觀測者所需的水平距離D和高差hE，其計算公式如下：</p><p>　　D=L*cosα

15、 （2-2）</p><p>　　HE=L*sinα+HA-HB （2-3）</p><p>　　圖2-1 全站儀測量工作原理</p><p>　　2.2 RTK 定位技術(shù)簡介 </p><p>　　RTK 是現(xiàn)在測量中使用頻繁且精度較

16、高的測繪儀器。其測量系統(tǒng)由GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)組成。同時充當流動站時，一般需與無線電臺同時接受衛(wèi)星使用[5]。通過操作其測量方式效率高，精度遠滿足當代測量技術(shù)要求。只要滿足 RTK的基本工作條件, 在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(一般為 5 km) , 同時通過最后所得的結(jié)果進行精度分析，得到各精度都滿足設(shè)計要求且沒有積累誤差[6]。RTK技術(shù)并不受到什么限制，一般通視范圍在15°以上就可以操作。所以與傳統(tǒng)測量方法

17、比較,RTK技術(shù)可以一整天的進行工作[7]。RTK技術(shù)幾乎可以擔任野外各種測量工作。同時配有的手簿如同計算機一樣，可以隨時解算和解決測量當中的各種問題并不積累誤差[8]。</p><p>　　3.縱、橫斷面及相關(guān)外業(yè)數(shù)據(jù)的獲取方法</p><p>　　3.1縱、橫斷面定義</p><p>　　道路縱斷面測量就是在道路的中線方向按一定的間隔測出其坐標和高程點，同時在坡

18、度發(fā)生起伏變化時，一定需要在變化的地方添加高程點。道路橫斷面測量是沿著垂直道路的中線方向上的坡度變化的地方測量高程點[9]。其實質(zhì)就是道路的高程測量。</p><p>　　3.2縱、橫斷面測量的作用</p><p>　　縱斷面測量體現(xiàn)了道路順著中線的地形起伏情況，將所測的中樁、地面高程點繪制在圖紙上，作為道路縱坡設(shè)計的根據(jù)。橫斷面測量是測量垂直于道路中線方向上的地面起伏狀況。 按一定比例畫

19、成橫斷面圖。根據(jù)不同工程的性質(zhì)和要求，所測橫斷面圖也有不同的用途。對于道路工程：主要供土石方量計算、路基設(shè)計、路基施工放樣和路基加固防護工程設(shè)計等之用；而在河道工程：計算洪水流量、河流寬度的設(shè)計和計算土石方量等之用。</p><p>　　3.3縱斷面數(shù)據(jù)獲取的兩種方法比較</p><p>　　首先利用全站儀放樣和GPS-RTK放樣功能進行中線測量，之后根據(jù)中線測量標記出的中樁點位置，利用水

20、準儀和GPS-RTK兩種方法進行縱斷面數(shù)據(jù)的獲取，測得各個中樁點的高程。</p><p>　　水準儀獲取縱斷面數(shù)據(jù)較GPS-RTK相比精度較高，但是要求配備的作業(yè)人員數(shù)較多，在設(shè)計要求沒有特別要求下，GPS-RTK測量地精度基本能滿足道路縱橫斷面測量的要求；而且用GPS-RTK中線放樣的同時也采集了該中樁點的實地坐標和高程，至此道路中樁平面坐標和高程（縱斷面）數(shù)據(jù)都獲取到了；水準儀測量得到的外業(yè)數(shù)據(jù)需要人工記錄存

21、在著多次的人為記錄誤差，內(nèi)業(yè)處理時還需要人工錄入電腦也同樣存在人為的錄入誤差，RTK數(shù)據(jù)全部存儲在內(nèi)存卡里都是電子數(shù)據(jù)，完全避免了這類的人為誤差，用數(shù)據(jù)線傳輸?shù)诫娔X里用軟件直接處理就行；</p><p>　　所以在RTK作業(yè)環(huán)境允許的條件下，盡量選用RTK進行中線測量和縱斷面測量比較優(yōu)質(zhì)、快速、高效。</p><p>　　3.4橫斷面數(shù)據(jù)獲取的四種方法比較</p><p

22、>　　3.4.1水準儀視距法：</p><p>　　水準儀的視距法在道路兩邊地形平坦中，所得的結(jié)果精度較高。多適用于城市建筑區(qū)和平原地區(qū)。在橫斷面位置上安置水準儀，讀取視距和視線高。測出橫斷面上點的距離和高程 。 但是需要作業(yè)人員較多（4個），作業(yè)效率慢，受天氣因素影響較大。</p><p>　　3.4.2經(jīng)緯儀視距法：</p><p>　　這種方法是在中樁上

23、或橫斷面點上安置經(jīng)緯儀，把標尺立在此斷面的地形變化處。量得儀器高，讀取視距和垂直角，測出距離和高程[10]。這種方法用于地形變化較大和樹木雜草較多不方便量距的地方。精度要求也較高，也同樣需要作業(yè)人員較多（4個），作業(yè)效率慢，受天氣因素影響較大。</p><p>　　3.4.3全站儀坐標法：</p><p>　　第一步沿道路中線在施工范圍以外測設(shè)平面控制點和高程控制點。 第二步在已知控制點上

24、安置全站儀。 將儀器對中，整平，建立文件并將相關(guān)坐標信息輸入其中。然后將棱鏡放在所需測出的橫斷面上。測量每橫斷面點的平面坐標和高程，并記錄在儀器所需的文件當中。每個斷面的點號、中心樁點號和樁號都要記錄下來。此方法需要配備的作業(yè)人員（一組3個），如果增加作業(yè)組就可以提高作業(yè)效率和速度，而且測量數(shù)據(jù)全部是電子數(shù)據(jù)避免了人為記錄誤差，也受天氣因素影響較大。</p><p>　　3.4.4RTK坐標法：</p>

25、;<p>　　在垂直于中線并經(jīng)過中樁的方向上，利用RTK技術(shù)準確測出該橫斷面上的起伏變化，測量的范圍是在道路中線的左右各多少米（按道路設(shè)計要求），測出橫斷面點所有的平面坐標和高程，根據(jù)橫斷面測量的要求，外業(yè)測量時盡量讓一個橫斷面上的點在一條直線上。此方法需要的作業(yè)人員相比于以上三種方法來說較少（一組1人），如果增加作業(yè)組也可以提高作業(yè)效率和速度，測量數(shù)據(jù)全部是電子數(shù)據(jù)同樣避免了人為記錄誤差，受天氣因素影響跟前三種方法比較，

26、這種方法很好的克服了天氣的影響，而且如果有需要夜間也可以正常作業(yè)。</p><p>　　4.利用南方地形地籍成圖軟件Cass系統(tǒng)處理外業(yè)數(shù)據(jù)的兩種方法</p><p>　　在南方Cass軟件畫斷面圖的方法中,有根據(jù)里程文件和根據(jù)已知坐標兩種方法畫斷面圖。 </p><p>　　4．1由實測斷面數(shù)據(jù)繪制斷面圖 </p><p>　　1） 如外業(yè)

27、使用的儀器是水準儀和經(jīng)緯儀, 根據(jù)這類測量方法我們用CASS7.1中根據(jù)里程文件來畫斷面圖,里程文件由外業(yè)測得的水平距離和高程組成，如果里程數(shù)據(jù)比較少時，可采用 *.txt 文檔生成里程文件，將文檔文件的擴展名改為“*.hdm”[11]，其格式如圖4-1： </p><p>　　圖4-1縱斷面里程文件</p><p>　　建立好里程文件后利用南方Cass 7.1軟件通過繪制斷面圖命令，根據(jù)

28、設(shè)計要求進行斷面圖的繪畫。</p><p>　　2）若實測采用全站儀或RTK獲取斷面樁的三維坐標斷面數(shù)據(jù)，這類測量方法我們用Cass7.1中根據(jù)已知坐標畫斷面圖,打開CASS7.1,展點斷面樁三維坐標數(shù)據(jù),利用PLine命令依次連接各點，選擇菜單命令中【工程應(yīng)用】—【繪制斷面圖】—【根據(jù)已知坐標】命令繪制斷面圖。</p><p>　　利用里程文件在繪制河道、渠道、管線、管道、道路等距離較長

29、的縱斷面圖繪制上優(yōu)勢明顯。實測斷面數(shù)據(jù)繪制斷面圖能夠靈活的選擇明顯的特征點布設(shè)斷面樁，力求全面準確的反應(yīng)地面起伏信息。精度方面可以根據(jù)精度要求選擇測繪方法。然后根據(jù)測量成果數(shù)據(jù)選擇使用根據(jù)里程文件繪制斷面圖或根據(jù)已知坐標繪制斷面圖。</p><p>　　4．2 由數(shù)字地形圖繪制斷面圖 </p><p>　　在Cass7.1軟件中根據(jù)里程文件、根據(jù)三角網(wǎng)、已知坐標文件和等高線都能在數(shù)字地形圖

30、的基礎(chǔ)上繪制斷面圖，不一樣的地方在于需要使用繪制數(shù)字地形圖不同階段的數(shù)據(jù)。根據(jù)里程文件畫斷面圖，首先由數(shù)字地形圖生成里程文件，此方法對生成較大數(shù)量里程文件時比實測斷面數(shù)據(jù)生成里程文件方便快捷，但斷面圖精度要較實測斷面數(shù)據(jù)繪制斷面圖差。</p><p><b>　　5.工程實例</b></p><p><b>　　5．1 工程概況</b></

31、p><p>　　福州市馬尾區(qū)亭江5號路南段道路工程勘測任務(wù)，該工程主線北接104國道南接閩江；支線西起5號路東至6號路。福州市馬尾區(qū)亭江5號路南段道路工程主線長466.684米（K+0.00至K+466.684），設(shè)計路寬24米，本次定線長度為466.684米，中樁定位466.84米，2個交點，測設(shè)BM點1個，平面坐標采用福州城市地方平面直角坐標系，高程采用羅零高程系，繪制全線縱斷面圖、橫斷面圖。</p>

32、<p>　　5．2作業(yè)方法及具體操作步驟：</p><p>　　由地形圖（圖5-1）可知，福州市馬尾區(qū)亭江5號路南段道路是從一片基建工地穿過，周圍也沒有大樹和較高的建筑物阻擋RTK的信號,非常適合RTK作業(yè)。針對此種環(huán)境狀況，我們首選RTK進行主要的外業(yè)測量儀器，由于設(shè)計需要我們使用水準儀測得各中樁點高程即縱斷面外業(yè)數(shù)據(jù)，用RTK進行橫斷面測量獲得橫斷面數(shù)據(jù)。</p><p>

33、;<b>　　圖5-1地形圖</b></p><p>　　5．2．1路線中線測量：</p><p>　　利用GNSS綜合服務(wù)系統(tǒng)采用中海達V8型GPS接收機進行放樣。我們在出外業(yè)的前一天晚上先用電腦在設(shè)計圖紙上把道路上的所有中樁點的坐標復(fù)制粘貼到Ｅｘｃｅｌ表格中，然后復(fù)制到記事本中，把記事本的格式改成.dat文件格式，再通過SD存儲卡導(dǎo)入到ＲＴＫ的手簿中。出外業(yè)當天用

34、中海達V8型GPS接收機中的點放樣功能進行中線測量，每放出一個中樁點再測量出這個點的三維坐標，再用木樁在點上做好標記，為了能夠讓我們在后面的中樁高程測量和橫斷面測量時可以找到對應(yīng)的中樁點。</p><p>　　5．2．2中樁高程測量：</p><p>　　利用福州市勘測院已檢核等級水準點I216（三等埋石）進行閉合水準測量，采用索佳自動安平水準儀測設(shè)道路工程水準點（BM點）。所有中樁點都要

35、過，在中線方向上兩中樁點間如果地形有高低起伏變化較大處需要加測中樁點，比如在地形多樣的土堆、渠、坎、坑、溝、塘等需要加大密度測量特征點,這些加測的特征點一般需要高和低、上和下對應(yīng)。在途中測設(shè)道路工程水準點（BM點）1個。</p><p>　　表5-1為福州市馬尾區(qū)亭江5號路南段改造工程BM點成果表。</p><p>　　表5-1工程BM點成果表</p><p>　　

36、5．2．3橫斷面測量：</p><p>　　采用中海達V8型GPS結(jié)合已布設(shè)中樁逐樁施測，每隔5米一個點，在地形復(fù)雜的地方加密測量特征點,橫斷面的方向垂直于道路中線方向，測點的連線垂直于曲線路段的切線方向，測量盡量保持在一條直線方向上。</p><p><b>　　5.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　因為采用的是中海達V8型GPS-

37、RTK 獲取縱橫斷面的三維坐標斷面數(shù)據(jù)，所以采用南方CASS 軟件中根據(jù)已知坐標繪制斷面圖的功能繪制斷面圖；縱斷面圖用根據(jù)里程文件的方法來繪制。</p><p>　　打開CASS7.1,展點斷面樁三維坐標數(shù)據(jù),利用PLine命令依次連接中樁的各點，選擇菜單命令中【工程應(yīng)用】—【繪制斷面圖】—【根據(jù)已知坐標】命令繪制斷面圖。</p><p><b>　　5.4 提供資料</b

38、></p><p>　　1、如圖5-3所示為道路最終設(shè)計縱斷面圖；2、如圖5-4為道路所需的道路橫斷面設(shè)計圖。</p><p>　　圖5-3道路縱斷面圖</p><p>　　圖5-4道路橫斷面圖</p><p><b>　　6.總結(jié)</b></p><p>　　GPS-RTK坐標法擁有很多其

39、他儀器沒有的優(yōu)點 ：①外業(yè)工作人員比較少( 3人);②外業(yè)工作可以不需要人工記錄數(shù)據(jù);③工程工作的時間周期較短;④所測地形圖與縱、橫斷面的數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。所以在地形測量和縱、橫斷面測量中,GPS-RTK的外業(yè)方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的作業(yè)方法,不僅可以很大的減少外業(yè)的工作量,而且能節(jié)約項目成本、提高工作效率。由上面的論述和目前現(xiàn)實的工作情況,提出如下三點建議 : 　　</p><p>　　1道路的縱、橫斷面在沒有特

40、殊要求下多用GPS-RTK測量法。</p><p>　　2在地形起伏變化較大時，我們采用碎部點測量，對高程變化明顯的地方進行碎部點采集。對人工根本無法到達的地方，我們選擇全站儀三角高程法。全站儀三角高程測量法跟水準儀法比較，降低了擺站數(shù) ,外業(yè)時比較靈活。GPS-RTK測量在全站儀和水準儀無法完成作業(yè)的條件下作為補充。如在有較多障礙物阻擋儀器的視線、高程控制點距離較遠的測量區(qū)域或由于各種原因只有晚上才可以完成的工

41、程 ,使用GPS-RTK坐標法就能體現(xiàn)其獨特的優(yōu)越性。 　　</p><p>　　3如果用全站儀測量時，需要設(shè)站數(shù)目過多、通視條件差，外業(yè)環(huán)境使GPS-RTK無法接收到衛(wèi)星信號，不能正常工作且附近的高程控制點較少的非常復(fù)雜的測區(qū)(比如民房聚集地，胡同里)測量時,我們才不得不選用傳統(tǒng)的作業(yè)方式，不然作業(yè)首選方法是GPS-RTK法。</p><p><b>　　致謝詞</b&g

42、t;</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計（論文）從最開始的選題時針對自己在外專業(yè)實習(xí)一年期間所學(xué)習(xí)到的知識來定題目，由于對道路縱、橫斷面測量的知識學(xué)習(xí)認識的比較單一，還不夠系統(tǒng)，所以在搜集資料并閱讀上花了很長的一段時間，最終找到了論文的寫作思路完成了論文的寫作。到最后的論文定稿，這其中有著酸甜苦辣，但結(jié)果是美好的，我的論文最終完稿。</p><p>　　在此我非常感謝論文指導(dǎo)老師賈秀麗老師。

43、賈秀麗老師是我大學(xué)四年中見過最溫柔的老師，她為人隨和熱情，治學(xué)嚴謹細心，對學(xué)生非常負責任。當在論文的寫作用語時，賈老師始終細心指導(dǎo)并對其加以改正。從論文的資料收集，寫作，修改及最終論文的敲定。老師是不厭其煩大的為我們一一指出并從中分析問題，一直弄到我們確切會寫為止。正因為有了賈老師的細心幫助，才能得到順利的畢業(yè)，真心的謝謝賈老師幫我解決了如此多的困難。另外，感謝和我一起度過四年大學(xué)時光的老師和同學(xué)們，感謝期間老師的諄諄教誨和同學(xué)們的無私

44、幫助，和他們一起度過的四年給了我終生難忘的記憶，感謝他們讓我學(xué)會了更好地分享與感恩，謝謝他們。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]姜鳳，呂勝賓.《從河道橫斷面測繪看測繪技術(shù)在水利行業(yè)的發(fā)展》,《水利科技與經(jīng)濟》.2012,期3.</p><p>　　[2]劉瑞文.《淺談三角高程測量新法》，《政府法制》.20

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49、11092519 JiangYonghong Instructor: Jiaxiuli</p><p>　　【Abstract】With the mapping of the popularity of high-tech applications, vertical road cross section measurements also improved, according to different s

50、urroundings, different terrain conditions and different design requirements, how to use different measurement methods, to quickly and easily obtain road longitudinal cross-sectional view of mapping results. In this paper

51、, the actual work on the use of total stations, GPS-RTK and traditional methods of measuring vertical road cross section measure</p><p>　　【Keywords】Total Station; GPS-RTK; road longitudinal cross section mea