利用RTK技术和南方CASS软件测量和计算路基土方工程量方法的解析

2016-11-03卢耀方

甘肃科技 2016年12期

关键词：格式文件流动站内业

卢耀方

（中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃兰州 730000）

利用RTK技术和南方CASS软件测量和计算路基土方工程量方法的解析

卢耀方

（中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃兰州 730000）

随着铁路工程、公路工程等的快速发展，工程建设的周期进一步压缩，工程施工快速准备、快速进场、快速施工、快速完成已经是当下工程建设的不二法门。在铁路、公路等工程建设中，路基土方工程一直是非常重要的施工内容，它往往是整个工程区段最长、工程量最大，也往往是产生最大效益的施工内容。路基土方工程量的确定是极其重要的，只有准确的测定实际的土方工程量多少，才能把握对上或是对下验工计价的依据，才能把握效益的大小。路基施工常穿越不同的地形，原地面起伏不定，这就给土方测量工作带较大的困难，传统的土方测量方法为利用水准仪或全站仪等现场测量记录高差，内业手工画图盖帽，统计土方量，外业和内业工作量巨大，测量周期长。为利用GPS动态RTK技术，结合南方CASS软件对路基土方外业测量、内业计算等方面进行了改进，大大减轻了土方外业测量的强度和简化了内业画图计算的工作量。

RTK技术；南方CASS；土方测量；改进；实践

在铁路、公路工程等路基施工测量工作中，土方断面测量工作是外业工作量和内业画图计算量很大的一项工作，它的进度直接影响工程的开工时间。传统的土方测量方法在路基区间长、工程量巨大、地形变化复杂、地面附着物较多的情况下已经不能满足施工的需求，随着GPS动态RTK技术和计算机软件的快速发展，为土方测量工作带来更多的选择和新的方法。

以TrimbleGPS设备为实践，从仪器设备的架设、控制点校正、地面数据采集、数据导入、处理、断面生成等方面进行了实践和研究。

1　传统土方测量方法和新方法的比较

传统的土方外业测量方法是用全站仪或是水准仪测量原地面的高差，一台全站仪或是水准仪要配备1名司镜人员，1名记录员、最少两个跑棱镜人员，受地形的限制，全站仪往往不能通视，需要经常地调整仪器的架设位置，浪费了大量的时间；现场人工记录数据也容易出现错误；内业画图时需要把每一个断面的高差数据输入到CAD中，然后进行设计断面的带帽，查询和统计每个断面的面积，工作量非常大。

新的土方外业测量方法是利用动态RTK技术采集原地面数据，基站架设和控制点校正完成后即可进行采集，设备足够多的情况下可以几个人同时采集，人员不足时1个人也可以完成作业，不收地形和通视条件的限制，采集距离可达10km，手簿自动记录数据，减少了工作量且不会出错；内业由南方CASS软件自动生成断面和汇总土方量，快速、准确、出图和输出方便，可以节约大量的人力、物力。

2　动态RTK技术

RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果

3　Cass软件

CASS地形地藉成图软件是基于AutoCAD平台技术的数字化测绘数据采集系统。广泛应用于地形成图、地藉成图、工程测量应用三大领域，且全面面向GIS，彻底打通数字化成图系统与GIS接口，使用骨架线实时编辑、简码用户化、GIS无缝接口等先进技术。

4　数据采集

4.1仪器设备校正

将GPS基站架设到待测路基区间的大致中间位置，选取地势较高处，连接好基站和流动站后进行控制点的校正，选取经过复测无误得控制点，水平控制点不能少于4个，高程控制点不少于3个。校正满足限差要求后即可进行原地面数据的采集。

4.2原地面数据采集

1）首先要根据设计的曲线要素、中桩坐标等资料计算出设计土方断面里程的中桩坐标和征地线坐标，利用动态RTK技术进行放样，这样能够有效的控制采集的范围和点位的密度。

2）数据采集要根据线路施工范围内的地形变化进行，地形起伏变化较大的位置要进行加密断面采集（一般控制在10m以内），变化不大、平坦的位置可适当加大采集断面的距离（一般控制在20m以内），地形陡坎处则上下都要采集。

3）数据采集是要对采集点进行编号，不同的流动站要用不同的编号。数据采集完成后利用软件导出为.csv格式文件（excel可进行编辑）。

5　数据导入

5.1修改数据格式

打开excel对采集数据进行编辑，运用CONCATENATE（）公式将名称、X、Y、H合并为一个单元格数据，CONCATENATE（名称，"，，"，X，"，"，Y，"，"，H），公式中的逗号、双引号为英文状态下格式，公式中名称后双引号中间的两个逗号间为一个空格，合并后数据见表1：

表1　数据格式

5.2修改数据文件格式

1）新建一个.txt格式文件，将excel中合并后的数据选择、复制、粘贴到新建的.txt格式文件中，并保存。

2）将这个.txt格式文件的后缀名称改为.dat后缀格式文件。

6　南方CASS中数据处理

6.1等高线生成

1）打开CASS软件，点击“绘图处理菜单/展高程点”命令，选择.dat后缀格式文件，这样采集的数据点就可以展到CASS软件中了。

2）点击“等高线/建立DTM”命令，将数据点生层三角网，生成后要对三角网数据进行检查，数据无误后可进行下一步。

3）再点击“等高线/生成等高线”命令，就可以生成采集点的原地面等高线了。

6.2线路中线生成

将计算好的中线平面坐标数据用CONCATEN ATE（）公式合并，在CASS中用工具菜单下画复合线命令将中线数据展到图中。

6.3里程文件生成

1）点击菜单“工程应用/生成里程/纵断面线生成/新建”命令，选择图中用复合线命令生成的线路中线，选择复合线后。

中桩点获取方式：选择等分且处理节点；横断面间距：两个断面之间的距离，要根据地形变化的程度来控制横断面间距的大小，平坦处可以为20m，高差起伏较大时可以为10m。

横断面左边、右边长度：此值为线路中线左边路基的边界（一般考虑所计算路基区间最大边界值）。

3）设置完成后再次点击“纵断面线生成/生成”命令。

高程点数据文件名：选择.dat后缀格式文件；生成的里程文件名：选择里程文件的保存的位置和设置里程文件名称，里程文件为.hdm格式；断面线插值间距：此值根据现场采集数据横向的密度决定，一般设置为5m；设置完成后点击确定即可生成里程文件。

6.4生成土方断面

1）生成里程文件后即可进行断2）点击“工程应用”下断面法土方计算中道路设计参数文件，在弹出的对话框中输入道路的各种参数，中桩高程、坡度、宽度等，然后保存。

面法土方的计算，土方计算之前要先录入道路参数。

图1　里程文件工具栏

3）点击“工程应用/断面法土方计算/道路断面”在选择里程文件一栏中选择生成的.hdm格式里程文件，横断面设计文件一栏中选择保存的道路参数文件。中桩高程、路宽等参数输入与设计高程相近的任意值即可，软件会自动引用道路设计参数文件中录入的数值。输入完成后点击确定即可，如图1所示，断面图比例等可以根据需要调整，点击断面图位置，在图上选择生成的断面在图中的坐标位置，点击确定即可生成断面图，如图2所示。