测绘新技术在沙漠公路测量中的应用

李鸿宇

新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002

1 项目概述

案例项目起点位于新疆生产建设兵团第二师38团，横穿塔克拉玛干沙漠无人区，终点至塔克拉玛干沙漠腹地塔中石油基地，全线长147km，公路等级为三级，主要工作量为沿线路1∶2000带状地形图测绘和线路纵横断面测量。

塔克拉玛干沙漠是世界第二大流动沙漠，沙丘高度一般为100～200m，最高约为300m，测区80%为无人区，车辆无法到达。

2 技术要求与策划

2.1 技术要求

（1）平面坐标系：2000国家大地坐标系。

（2）高程基准：1985国家高程基准。

（3）带状地形图：成图比例尺为1∶2000，基本等高距为1m。

（4）纵横断面数据：纵横断面数据用点云提取，可到达区域人工实测部分数据对提取数据进行检验。

2.2 技术策划

（1）技术难点。①全线控制测量难以贯通；②带状地形图测绘和纵、横断面测量在无人区无法野外实测。

（2）测区位置与控制点分布如图1所示。

图1 测区位置与控制点分布

（3）结合现阶段先进测绘技术和设备，综合考虑项目实际情况，决定采用以下两项技术解决项目中的难点问题。

第一，采用连续运行参考站系统（CORS）结合区域似大地水准面模型，快速获取正常高。联测测区附近高等级水准点，检验成果可靠性。根据测区交通情况，以“尽可能靠近线路”的原则在测区外围布设GNSS点，点位密度执行C级指标，以网状型覆盖测区，平均间距不大于20km。新布设点与测区周围的新疆CORS基准站点以C级指标进行同步观测，委托自治区测绘科学研究院利用新疆CORS基准站点为起算数据进行解算，获得测区平面坐标与大地高，再利用测区精化似大地水准面模型进行改正计算，得到正常高成果。

测区附近现存水准点：二等点轮民61、I休若3。起点布设闭合水准路线，以等外指标联测DG01、ST02、I休若3；终点布设闭合水准路线（往返测），以等外指标联测轮民61、ST05、一等塔且04。用轮民61、ST05、一等塔且04、DG01、ST02、I休若3六个点的水准成果与解算成果比对，检验控制网高程的可靠性。中间无人区水准联测难度大，现阶段难以实施，待施工便道开通后，补做施工控制网时再进场进行检测，必要时重做首级控制网。

第二，采用机载激光雷达扫描技术。利用获取的高清数码影像制作高精度数字正射影像图（DOM），再利用处理后的点云数据和高精度DOM生产高精度大比例尺地形图，进而提取无人区的纵、横断面数据。

技术的可行性说明，测区地物稀少，可以充分发挥利用点云数据测图的优势；免像控技术适合在无人区作业；该技术对地面控制点间距要求相对较为宽松，即在地面控制间距较大的情况下，仍可获得高精度的数据，适用于该项目的客观条件。数据处理流程如图2所示。

图2 数据处理流程图

机载系统自带的GNSS接收机和地面架设GNSS接收机同步观测，将机载系统GNSS数据与地面站GNSS数据进行差分处理，获得与地面控制点一致的大地坐标（B、L、H），经转换得到与地面控制点坐标一致的点云数据。对同步获取高清数码影像进行处理后制作出高精度DOM。地形图成图软件采用EPS图库一体化平台，“激光点云辅助正射影像矢量化法”内业绘制。外业调绘两头有地物的部分区域，绝大部分区域为沙漠地形无须调绘。纵横断面数据采用在EPS平台上参照高精度DOM和点云数据提取。依据《公路勘测规范》（JTG C10—2007），在施工前期施工便道开通后，以测区首级控制作为起算数据，加密无人区控制网，满足后期施工需要。

3 测量精度分析

3.1 首级控制网高程精度分析

通过轮民61、ST05、一等塔且04、DG01、ST02、I休若3六个点的水准成果与区域似大地水准面模型解算获取的高程对比，求得两种数据的差值中误差为0.086m。通过两套高程数据的对比可以判定，起点、终点控制点密集区域控制网高程精度为10cm，满足公路初步设计需要，不满足施工精度要求，中间无人区更难满足精度要求。为此，施工便道开通后，全线以I休若3、轮民61作为水准起算点，重做高程控制网满足施工所需精度。

3.2 1∶2000带状地形图精度分析

通过对可到达区域43个平面特征点的比对，求得平面差值中误差为0.17m。通过1857个高程点的比对，求得高程差值中误差为0.1m。《公路勘测规范》（JTG C10—2007）第5.1.4节对地形图精度要求如表1、表2所示。

表1 图上地物点相对于临近图根点的点位中误差 单位：mm

表2 等高（深）线插值相对于临近图根点的高程中误差

通过比对数据统计可以判定起点至30km处，控制点ST04至终点段约50km，合计约80km产品为绝对合格产品；中间无人区约60km产品为理论性相对合格产品，成果作为公路初步设计使用。

3.3 断面数据精度分析

起点段实测了7km，终点段实测了4km，控制点ST04附近实测了2km，共计实测量为13km。通过对13km断面数据比对，在满足中桩高程测量闭合差的前提下，求得中桩两种数据之差中误差为0.077cm，横断面检测互查中误差为0.28cm。《公路勘测规范》（JTG C10—2007）第 9.3 节和第 9.4节的相关要求如表3、表4所示。

表3 中桩高程测量精度

表4 横断面检测互差限差

通过比对数据统计可以判定,可到达区域约80km点云数据两种坐标系的转换参数正确，中间无人区约60km转换参数为理论性正确。由于首级控制网高程精度不满足要求，故纵、横断面成果只能作为公路初步设计概略计算使用。为此，施工控制网贯通后，根据实际情况，或加常数改正或重测，最终保证施工所需精度。

4 结束语

文章主要介绍了两种测量方法在特殊地区的应用，并用测试数据进行了验证。两种方法具有高效、智能的优点，但是存在精度不足以满足施工需求的缺点。对此，结合项目实际情况，给予了补救措施。这两种方法的应用实例是否得当有待商榷，需要进行进一步验证。总之，探索测绘新产品、新技术的应用可以提高生产效率、节约成本，是测绘单位在新时代得以发展的保证，也是测绘工程技术人员实现自身价值的阶梯。