高速公路外业测量技术设计(勘测)--毕业设计

1、毕业设计(论文)题 目 高速公路外业测量技术设计(勘测)高速公路外业测量技术设计(勘测)摘要：随着人们的生活生平的提高，汽车已成为人们外出最主要也是最方便的交通工具，而高速公路是现代汽车的主要载体之一，因此高速公路的建设质量越来越受到人们的重视。而公路勘测时的工程测量直接影响着公路的质量。本课题就是站在测量角度来研究高速公路勘测中的技术和方法。这里我们重点讨论工程测量技术和现代信息技术在高速公路勘测中的应用,以高速公路外业测量的基本过程为步骤进行探讨，即按初步测量和初步设计、技术设计、定测和施工图设计等步骤进行，而技术设计只在特殊的高速公路路段及其构造物中才可能使用。高速公路勘测的平面控制网和

2、高程控制网的建设过程及其加密方法是本课题的核心内容，因为这里所建的控制网将贯穿于高速公路建设的全过程。不仅探讨了常规的测量方法和技术，还分析了一些近年来常用的新技术，如遥感地形测量和GPS-RTK控制测量等。关键词：高速公路 地形测量 外业勘测 控制测量 控制网加密 技术设计 GPS-RTKHighway field measurement technology design (survey)Abstract：With the improvement of peoples living life, car has become the main and most convenient way

3、of transport when people go out, while the highway is the main carrier of modern automobile, therefore in the construction of highways quality more and more attention by people. And when the engineering survey of highway directly influences the quality of the highway. This subject is standing on the

4、 measurement point of view to study the techniques and methods in highway surveying. Here we mainly discussed the engineering survey technology and modern information technology on the highway survey, the application to the highway field measurement of the basic process of steps are discussed, that

5、is, according to preliminary measurement and preliminary design, technology design, the construction drawing design set and steps, and technical design only on special highway slope sections and just may be used.To set up the horizontal control network and the vertical control network and Encryption

6、 method of Highway survey is The core content of this topic, because the network have been built will throughout the whole process of the highway construction, not only discusses the conventional measuring method and technology, but analyzed and some commonly used new technology in recent years, suc

7、h as remote sensing terrain measurement and GPS-RTK control measurement and so on.Keywords: highway Topographic survey control survey Field survey Control nets encryption Technology design目录1.绪论11.1 课题的研究意义11.2国内外研究现状21.3课题研究方法及理论依据31.3.1 研究方法3理论依据41.4课题研究的主要内容52.高速公路线路初测和初步设计62.1 初测目的、任务及准备工作62.1.1

8、 初测的目的及任务62.1.2 初测的准备工作62.2 线路初测72.2.1 选点插旗72.2.2 平面控制测量8高程控制测量113.2.4 GPS-RTK在高速公路控制测量中的应用143.2.5 带状地形测量173.高速公路线路定测和施工图设计193.1 定测目的、任务及内容193.1.1 定测的目的及任务193.1.2 定测的内容193.2 线路定测193.2.1 中线测量19中桩测量22水准测量243.2.4 纵横断面图的测绘253.2.4.1 纵断面图的测绘263.2.4.2 横断面图的测绘284.结论31致谢32参考文献331.绪论1.1 课题的研究意义高速公路，西方的一些国家称为快

9、速公路。一般是指两条车道以上、双向分隔行驶、完全控制出入口、全部采用两旁封闭和立体交叉桥梁与匝道，时速较高的干道公路。高速公路的特点是交通量大、速度较高；运输经济效益和社会效益较巨大。全世界第一条高速公路是德国科隆市市长康瑞德海迪那于1932年发明的。今天高速公路的速度和便利已经走进寻常百姓的生活，正在迅速地改变着人们的时空观念和生活方式。近年来随着我国的现代化建设加快，人们的生活水平得到快速的提高，中国的汽车制造正在飞速猛进，2009年我国的汽车年产量已超过日本位居世界第一，而且还在快速提高。但是由于公路建设严重滞后，道路拥挤已经成为我国城市的固有特点之一，交通的不便严重的滞碍了我国的经济的

10、发展。二十一世纪我国的高速公路建设进入了一个高速发展的新时期，国家正在大力推进高速公路建设。高速公路建设起着承上启下的作用它不仅是公路建设的继续发展而且还引发了高速铁路建设的高潮。近年来高速公路交通事故发生频率居高不下，高速公路建设的质量问题已经成为人们关注的焦点，它直接影响其通行能力和人民生命财产的安全，影响社会和经济的发展。因此现代社会对高速公路的工程测量精度提出了更高的要求，高速公路测量工作是其勘探、施工和运营阶段的首要工作，如何合理、精确地计算放样数据是保证高速公路测设质量的关键。在高速公路工程建设中，对于公路、桥梁和隧道，从勘测设计、施工到竣工都离不开测量工作，它贯穿于整个公路建设过

11、程中。当新建一条公路，在勘探过程中要根据测量所取得的资料，如地形图、地质图等，进行选线，来确定一条最经济最合理的路线；路线确定后，要进行路线的详细测设，在这个阶段的测量工作有中线测量、路线纵横断面测量、桥涵水文测量和地形测量等，其基本任务是把路线位置标定在地面上，并且搜集设计路基、路面、桥涵和其它构造物等的材料，以便提供施工图纸;施工前应进行施工放样测量；施工过程中要经常通过测量来检查工程质量；工程竣工过程后，还要通过测量来检验竣工情况并编绘竣工图纸，以满足公路工程的使用、管理、维修和改建的需要。因此测量工作在高速公路建设中具有举足轻重的地位。高速公路勘测其实质就是为线路设计收集一切必要的地形

12、资料，以便让设计者设计出最合理的建设方案，使得高速公路的建设更加节省时间，节省资金,建设的公路更加安全，更加耐用。1.2国内外研究现状高速公路最早建于20世纪30年代的德国，二战后美国、日本大力发展高速公路，将高速公路建设推向高潮，到90年代美国兴建了许多纵横北美大陆的洲际高速公路，美国的高速公路里程占了世界高速公路里程的一半。而日本兴建了许多环绕日本列岛的高速公路，使其高速公路里程达到8000多公里。而我国的高速公路建设起步比较晚，但是进展迅速，进入21世纪以来,随着全球经济的迅速发展,尤其是城市化的发展，交通建设已成为影响我国经济发展的重要因素。高速公路的发展为经济发展带来新的活力，它极大

13、地促进了我国大中城市体系和小城市体系的发展，它使各大城市之间的联系更加紧密，区域化经济得到迅速发展。高速公路的建设不仅推动沿线两侧经济的快速发展，而且促进了沿线两侧的城镇迅速崛起，为城镇体系持续发展提供了新的活力，显示了高速公路强大的生命力。目前发达国家的高速公路建设已接近尾声，而发展中国家的高速公路正在快速建设中。现在在高速公路勘测中的许多测量任务都可以使用GPS-RTK技术完成，如平面控制测量(导线测量)、高程控制测量(水准测量和三角测量等)、带状地形图测绘等。使用上述技术来进行测量布设速度快、精度高、成图周期短等特点使其已成为各测量单位的首选手段之一，数字化成图技术以及摄影测量技术的快速

14、发展，使得公路线路的勘测更加省时、省力，特别是数字地面模型和数字高程模型的出现为路线勘测设计提供了形象逼真的地面立体模型，为设计人员进一步设计提供了良好的设计平台。由于世界各国的勘测技术手段和地理环境的差异，各国的高速公路测量所采用的方法和技术都相差甚远。在国外，广大发展中国家还是采用比较传统的方法进行公路工程测量，但是近年来随着科技的发展和技术的引进，发展中国家在这一领域已经取得了较大的进步。而在一些科技比较发达和自然条件比较好的的国家已采用比较先进的方法如红外线技术、激光技术、卫星定位技术等，近年来随着“3S”技术的投入使用，使得高速公路的勘测变得更加方便。美国、德国、日本等西方国家在这方

15、面处于领先地位。国内研究现状：在我国由于信息产业和各种测量精密仪器的发展还比较落后，而且地形复杂多样，山地、丘陵、沙漠面积广大，高大山岭纵横交错，这给高速公路建设带来了很多不便。因此我国公路测量基本上采用现代信息技术和传统测量技术相结合的方法，条件比较好的地方可全部采用GPS测量、摄影测量和遥感等。但是在我国这些技术还不能完全取代传统的勘测技术，我国的地理环境决定了将GPS、遥感、摄影测量等和传统的测量技术结合起来是我国高速公路勘测的最佳选择。随着高速公路的进一步发展，对道路勘测提出了更高的测量要求。用常规的测量方法，要消耗较多的时间和费用，而采用GPS测量，则布网简便灵活，定位精度高。不仅可

16、用于道路工程中的控制测量和地形，而且还可以用于地形数据的采集和道路施工测量和竣工测量。随着中国信息技术和精密仪器快速的发展，以及航空航天进一步发展，我国的工程测量技术得到了迅速提高。全站仪、电子测量仪器等现代测量仪器在公路勘测中扮演着主要角色，而且随着航测遥感技术的普及应用及数据库技术和网络技术的发展，我国公路工程勘测设计正以一种新的模式和方法在高速的运转，人们已不再满足将勘测设计工作分散开来，内业和外业的一体化和信息化已经成为现代测量基本模式。资料获取、数据采集、数据处理、道路优化设计直至成果输出等公路勘测设计全过程都实现自动化，实现勘测与设计的真正信息共享，计算机参与高速公路勘测设计的全过

17、程，这就是所谓的勘测设计一体化。其总体结构如图1.1所示。1.3课题研究方法及理论依据1.3.1 研究方法本课题主要是通过研究前人对这方面研究的资料，进行系统的学习，然后利用自己以前学到的工程测量、摄影测量、GPS、大地测量学、数字测土原理与应用、地形学分析等一些基本知识，与与公路勘测等结合起来来进行高速公路的勘测设计。但由于本课题是高速公路外业测量技术设计，即本课题是以研究高速公路勘测中的工程测量技术。因此主要来研究、分析与总结需要用到的测量技术及其要求。经济调查高速公路勘测自动化成套技术航空摄影机载GPS航空摄影遥感信息图像处理GPS地面控制野外控制高速公路勘测数据处理 勘测外业 勘测内业

18、线型设计高速公路工程勘测设计数据库工程经济分析施工组织设计、概预算桥梁、隧道、路基、路面等设计成果文件库输出 勘测设计成果文件 图1.1 高速公路勘测设计一体化的总体结构理论依据本课题是基于工程测量技术来对高速公路勘测技术设计来进行探讨，而课题研究又是基于前人的研究成果进一步系统而全面的进行分析，以得出合理的结论。由于高速公路是高技术工程，我国的高速公路起步晚，勘测技术落后，许多技术都是从国外引进，而且我国的地形复杂，国外发达国家的技术并不是很适合于我国如此复杂的地形。因此在我国高速公路勘测中的测量工作应分三阶段进行，包括初步测量、技术设计、定测三阶段完成。其中技术设计阶段是对重大、复杂的技术

19、问题，通过科学的实验、专题研究，加深勘探调查及分析比较，解决初步测量中未能解决的问题，落实测量技术方案。在我国技术设计的要求很高，而在欧美发达国家，由于工程复杂性远低于我国，因此技术设计阶段的要求不是很高，甚至可以忽略。采用三阶段设计的公路，与之相匹配的勘测工作包括公路调查、初测和定测。公路调查，主要是根据测量任务的要求，通过对高速公路所经过地区的自然地理条件、地质条件和经济条件进行调查，为公路勘测设计搜集原始资料。初测工作，根据拟定的公路设计方案和建设原则，去实地进行勘测，在路线可能通过范围内，测绘带状地形图、纵断面图，并收集水文、地质等资料，为初步设计提供依据。定测工作，根据初步设计方案文

20、件及确定的工程方案和修建原则，并结合测区自然条件与环境等，经优化设计处理后，在设计方案所确定的路线上进行中线测量和纵、横断面测量，为设计人员提供设计施工图所需的资料。1.4课题研究的主要内容本课题主要研究一下几个问题高速公路勘测需要收集那些资料以便于进行可行性分析。例如勘测区域的地形图、地质图、水文图、交通图、人口分布图等。如何在已有资料的基础上依据测量方案使用RTK对高速公路线路勘测。包括导线测量、高程测量、中线测量、纵横断面测量、带状地形测量等。各种控制网如何建立，该用哪些测量技术建设那些形式的控制网。RTK和传统勘测技术在高速公路勘测中的结合使用。2.高速公路线路初测和初步设计初测是为初

21、步设计所需的资料而进行的勘测工作，初步设计的主要任务是在提供的带状地形图上进行纸上定位路线中线。初测对初步设计方案中认为具有可行性的线路进行实地测量，即进行实地选点，定出路线走向，沿线进行平面控制测量和高程控制测量，并绘制带状地形图。2.1 初测目的、任务及准备工作2.1.1 初测的目的及任务初测是高速公路三阶段设计中初步设计阶段所进行外业勘测工作。初测的目的是根据计划任务书确定的方案修改原则和路线基本走向，通过现场对有价值路线方案进行勘测，通过勘测数据进行分析，从中确定最佳的路线，搜集编制初步设计方案所需的资料。初测的任务是对路线方案进一步的核实，通过平面控制、高程控制、地形、隧道、桥涵、路

22、线交叉和其他资料的测量和其他的一些调查工作，进行纸上定线和相关内业工作。我国领土面积广大，地形、地质和地物情况复杂，不同地方的高速公路在技术上和方案选择上存在巨大差异，因此初测不可能采用一种方法和模式进行，而是根据情况采用多种形式，但又必须满足测量精度与要求。通常采用的方法有“纸上定线”与“现场定线”两种测量方法。“纸上定线法”是指经过平面控制测量、高程控制测量、地形测量之后，在地形图上进行纸上定线，然后根据纸上定出的线路位置，去实地进行测量与调查的方法。“现场定线法”是指在现场直接选定路线中线或布设导线，钉设加桩，测量高程和纵断面；然后根据测量数据及相关资料，通过绘制带状地形图和纸上移线进行

23、初步设计；定测时再根据纸上移线到实地进行放线的方法。2.1.2 初测的准备工作公路勘测工作是公路工程设计的基础，而公路工程设计又是施工的依据和基础，公路勘测质量的好坏是整个公路建设质量的根本。因此在公路勘测前，必须做好一切必要的准备工作，以确保公路建设的顺利进行。高速公路勘测前的准备工作主要是指为工程可行性分析而进行的相关资料的收集，这是公路建设前期工作的重要组成部分，其目的在于对公路工程项目建设的必要性，技术可行性，经济合理性，实施可能性等综合研究。通过以前已有的大比例尺地形图及项目所在地的航片进行研究分析，以便对公路建设项目的可行性进行全面分析，以得到最合理的测量方案。(1)搜集资料为满足

24、初测和初步设计的需要，在初测之前应搜集、掌握以下资料：测区内各种比例尺地形图，三、四等控制点资料等；沿公路线的地理、地质、气象、水文、地震强度等资料；沿线公路、铁路、水利、城建、航道电力、农业和环保等有关部门的相关政策及设计、规划、研究成果等资料；(2) 室内路线方案研究在已有的测区地形图或航片上进行各种可行性方案研究，以便进行初步设计方案的筛选，拟定勘测方案，确定现场调查对象等工作。应在1:10000地形图上进行室内方案研究。(3) 路线方案的现场踏测及调查测量前，应组织相关人员去现场进行路线、桥涵、地质、水文等相关资料的调查以便确定路线方案。(4) 其他资料调查(5) 资料相关整理2.2

25、线路初测2.2.1 选点插旗根据设计方案中在中小比例地形图上所选路线位置，在实地用“红白旗”标出路线大概位置和基本走向，并在拟定的长直线处和线路转向点处插上标旗，为各种控制测量等指明方向。在插旗的同时还应做好初测导线的点位选择。导线点选择必须满足下列要求：(1)导线点位应接近公路线路的附近，以方便定测时应用。(2)桥梁及隧道两端附近，越岭垭口处及地质不良地段以均应设导线点。(3)导线点位置应选在视野开阔、地势较高、方便保存的地方，以保证前后通视并便于进行地形测量。(4)导线点间距应取500m左右，以避免因边长过短而降低精度。使用全站仪时导线边长可增到1000m。2.2.2 平面控制测量(1)布

26、设导线。对于高速公路来说，平面控制测量的布网有多种形式，这里只介绍以导线形式进行的平面控制测量。初测导线的布设应全线贯通，但是采用常规导线测量技术难以布设全长符合规定的分段附和导线。因此高速公路导线布设采用两级来建立平面控制网，即使用GPS技术建立边长较长的高一级的平面控制网(如图2.1所示)。然后使用常规导线测量技术(全站仪、经纬仪和测距仪等)进行加密(如图2.2所示)，各段导线点两端即为高一级的GPS控制网点。 路线中线图2.1利用GPS沿公路线布置的平面三角网分级布网既能保证在数公里范围内的导线点间具有较高的相对点位精度，其可靠性也高(两端有高一级GPS点所控制)，同时由于高一级线路控制

27、网的统一布设，这种相对点位精度将在整条线路上顺次延续。长线路中导线点数很多，分级布网可简化GPS数据处理工作。 A D 2 4 n B(1) 3 n+1 C图2.2附和水准路线简图采用这种分级布网，即常规布网技术和GPS布网技术相结合的方法不仅使得测得的导线全长闭合差只有几厘米，而且更加省时、省力，具有巨大的经济和社会效益，现已为各国建立工程控制网的首选方法，这对于现代高速公路建设具有重大意义。以下是平面控制网等级和GPS控制网的主要技术指标。表2.1高速公路及其构造物平面控制网等级等 级公路路线控制测量桥梁桥位控制测量隧道洞外控制测量二等三角5000m特大桥6000m特长隧道三等三角、导线2

28、0005000m特大桥40006000m特长隧道四等三角、导线10002000m特大桥20004000m特长隧道一级小三角、导线高速公路5001000m特大桥10002000m中长隧道二级小三角、导线500m大中桥1000m隧道表2.2 高速公路GPS控制网的主要技术指标级别每对相邻点的平均距离d(km)固定误差a(mm)比例误差b(ppm)最弱相邻点点位中误差m(mm)路线特殊构造物路线特殊构造物路线特殊构造物一级4.0105215010二级2.0105525010三级1.01051025010四级0.510-2-50-注：各级GPS控制网每对相邻点间的最小距离应不小于平均距离的1/2，最大

29、距离不应大于平均距离的两倍；特殊构造物指对施工测量精度有特殊要求的桥梁隧道等构造物。在地形较为平坦的地区，线路平面控制网与构造物平面控制网可同时布设。但在山区，由于大量的隧道和桥梁的存在，而高速公路、隧道和桥梁的平面控制网等级不同，故采用构造物平面控制网与线路平面控制网分步布设的方法。为了使线路平面控制网和构造物平面控制网处于同一坐标系中，在大型构造物两侧应分别布设至少1对能够互相通视且位置成四边形的首级平面控制点。对于线路平面控制网，应先布设首级控制网，然后再布设加密控制网。首级控制网的等级应根据公路勘测规范的要求和路线平面设计的实际需要来确定。对于高速公路而言，加密控制网等级不能低于一级导

30、线精度；应根据其长度和桥梁单跨跨度，按照公路勘测规范的要求确定各级桥梁、隧道的平面控制网等级。导线点的选择应选在不易遗失的地方，并应接近路线位置，以方便测角、测距、测绘地形图及定测放线。导线点的间距在50m到100m之间，布设导线点时，应做好现场记录，并绘制草图。(2)水平角测量。初测导线水平角可用不低于DJ6级经纬仪采用测回法测量右角，观测一测回。两个半测回间角值之差在(DJ6)以内取其平均值作为水平角观测值。表2.3水平角方向观测法的各项限差 等级经纬仪型号光学测微器两次重合读书差()半测回归零差()一测回中两倍照准差(2c)较差()同一方向各测回间较差()四等及以上169638139一级

31、一下-121812-18-24四等以上的导线水平角观测，应在总测回以奇数测回测导线前进方向左角，同样以偶数测回观测其右角。理论上左角平均值和右角平均值之和为360，其误差值不大于测角中误差的两倍，对于一级以下导线可只测右角，采用方向观测法技术要求如表2.3所示。(3)边长丈量。导线边长采用光电测距仪或全站仪直接测量，也可用钢尺丈量。若用测距仪或全站仪测定，应往返各测一次，达到精度要求后取其平均值作为最后结果。若用钢尺直接丈量，应同向丈量两次或往返各丈量一次。测定时，可以测定斜距和竖直角，然后改正为水平距离，也可以直接测定水平距离。当交点较远时，可利用其转点分段测距的方法。对于高速公路，其边长相

32、对中误差不应大于1/2000。 (4)导线的联测。沿路线布设的导线应与附近的国家平面控制点或进行联测，形成附和(闭合)导线。联测不仅可以获得相关的起始数据(起始坐标和方位角)；而且可对观测的数据进行校核。过去如果高等级控制点距离测区较远，联测工作是非常困难的。但现在使用全站仪和GPS，不仅测距精度高，而且测程均可达到2km，联测时可将导线延长直接与高级控制点连接，一般无须采用方向交会法。利用国家控制点对导线进行检核时，导线起算点与检核用的控制点必须处于同一高斯投影带，如不在同一带必须进行换带处理。由于国家控制点坐标是位于高斯平面上的坐标，因此，在检核前必须将所计算的坐标增量改化到高斯投影面上。

33、改化公式如下：将坐标增量总和改化至参考椭球面上：式中：、为改化至参考椭球面的纵、横坐标增量总和，单位为m； 、为由边长和平差后角度计算的纵、横坐标增量总和，单位为m； 为导线平均高程，单位为km； R为地球平均曲率半径，单位为km；将改化至参考椭球面的坐标增量总和换算至高斯投影面：式中：、为改化至高斯平面上纵、横坐标增量的总和，单位为m； 为导线两端点横坐标的平均值，单位为km。利用改化至高斯平面上的坐标增量总和求出与国家控制点之间的坐标增量之差，该导线全长相对闭合差不大于1/2000。满足要求时可调整导线闭合差。高程控制测量(1)高程测量的要求高程控制测量是竖向设计的基础，高速公路纵断面线形

34、为平缓的二次曲线，纵断面高程测量的最大误差不应超过10cm，要达到这个要求需沿公路线每千米设置一个国家四等水准点，其测量方法有两种：其一是四等水准测量，其二是电磁波测距三角高程导线测量，这里主要介绍水准测量。进行四等水准测量方法进行时，要严格按照四等水准测量操作规范进行，使用的仪器要经过有关部门严格校核。进行电磁波测距时，其高程导线全长应在15km以内，布设成附和水准路线，其边长长度一般不超过700m，最长不超过1000m，视线竖直角应15以内，视线高度或视线离开障碍物的距离不小于1.5m。公路高程系统应采用1985年国家高程基准。同一条公路应采用同一高程系统，当高程系统不统一时，必须进行高程

35、系统之间的转换。对线路原有的水准点应逐一检测。对于路线上设置平面控制桩、中线桩和设计需要的高程控制点(如水坝、干渠、管路、河堤、铁路等),应测其高程。(2)水准测量初测中的水准测量包括基本测量和中平测量两部分，基本测量是沿路线布设水准点，建立线路高程控制网；中平测量是测定沿公路线各导线点、百米桩、加桩点的高程，以方便绘制线路纵断面图和专业调查。基本测量。一般沿线路每隔1km2km设立一个水准点，在地形比较复杂路段密度可适当增加；在300m以上的隧道和桥梁两端及其他构造物附近均应加设水准点。水准点布设位置应离开线路中线50200m的距离的地方，用红漆布设于稳定的地方，如岩石、建筑物等，当没有这些

36、地物可利用时，应埋设混凝土标桩或条石，以避免公路施工时水准点被破坏。基本测量采用级以上的水准仪，通常按一组往返或两组单程的水准测量方法进行测量。在跨越河流和沟壑时视线可增加至200m，但前后视距应尽量保持相等。当视线距离超过200m时，就应按跨河流水准测量的要求进行。表2.4高速公路及其构造物水准测量等级测量项目等级水准路线最大长度(km)4000m以上特长隧道、2000m以上特大桥三等50高速公路、10002000m特大桥、20004000m特长隧道四等161000m以下桥梁、2000m以下隧道五等10基本测量应与国家水准点或等级相同的其他水准点进行联测。每隔30km联测一次，布设成附和水准

37、路线，其高程闭合差不大于30mm(L为附和水准路线长度，单位为km)。基本测量也可以采用电磁波测距高程测量，可用导线点兼做水准点。表2.5水准测量精度等级每公里高差中数中误差(mm)往返较差、附和或环线闭合差(mm)检测已测测段高差之差（mm）偶然中误差全中误差平原微丘区山岭重丘区三等36123.5或1520四等510206.0或2530五等816304540注：L为水准间线路长度(km)；计算附和或环线闭合差，为附和或环线闭合路线的路线长度(km)。n为测站数。为检测测段长度(km)。表2.6水准测量技术要求等级水准仪的型号视距长度(m)前后视较差(m)前后视积累(m)视线离地面最底高度(m

38、)红黑面读数差(m)红黑面高差较差(mm)三等100360.31.01.5752.03.0四等1005100.23.05.0五等100大致相等-中平测量。中平测量的基本任务是测定初测导线点、百米桩和加桩的高程。中平测量可采用单程水准测量，起闭于基本测量的水准点上，布设成附和水准路线。其测量精度应满足表2.5的五等水准测量度要求。进行中平测量时，由于标桩密度较大，常采用工程水准测量方法。如图2.3，Z1、Z2、Z3为导线转点，观测时将标尺立于桩顶。导线边长超过最大视距长度时，应设立临时转点。相邻两转点之间的百米桩，加桩作为间视观测点，观测时应将标尺立于桩前地面上。各站观测数较多，因此计算高程时都

39、应进行高程推算。计算任一站视线高程的公式为： =+a式中：为调整后的后视点高程；a为后视读数。计算各站的间视点和前视点高程的公式为： =-b式中：H为计算点高程；b为计算点标尺读数。图2.3工程水准测量略图如果符合水准路线在计算高程前已算出闭合差。且闭合差满足精度要求，则按普通水准测量平差法求各转点高程，并计算视线高，进一步计算出所有间视点的高程。3.2.4 GPS-RTK在高速公路控制测量中的应用（1）静态GPS 测量技术在高速公路测量中的应用静态GPS 测量技术主要是在两级布网时用来建立公路首级控制网,然后再利用全站仪等常规测量方法进行加密。控制网的建立过程如下:第一步:初步勘察路线、GP

40、S 点。接到任务后, 应调查路线附近高等级GPS 点情况并应对路线进行初步的、全面的勘察,查看沿线两侧可作为GPS 点的位置情况。第二步:设计GPS控制网。GPS 控制网的布设应根据作业时卫星状况、沿线地形地物、精度要求等因素进行综合设计。GPS 控制网作为公路首级控制网时,需采用其他测量方法进行加密。故沿路线两侧每隔510km 布设一对能够相互通视的GPS点。理论上观测时只须在3个GPS 点上架设GPS仪同时观测即可得到这3 个点的坐标。而公路测量本身的特点决定了采用4台GPS仪同时观测4 个GPS 点是最佳的选择,这样就可以大大加快工程的测量速度。第三步: GPS 选点、埋石应按技术设计要

41、求并便于采用其他常规测量方法扩展和联测。第四步:架设GPS仪观测4 个GPS 点观测的有效观测卫星总数、共同时间等应满足规范要求。按规定，在外业的观测中的观测有效观测卫星数不少于4 个，时间不得少于0.5h 。第五步:外业观测结束后将GPS 中的数据传入计算机中,使用相关软件,及时进行数据处理和分析，并控制其质量。过程可分为GPS 控制网平差、基线解算与检核两个步骤。第六步: 加密GPS 控制网。利用全站仪布设附合导线对首级GPS 控制网进行加密。将路线按GPS的分布分成若干段,每一段单独布设附合导线并进行测量, 保证任一附合导线的两端都是GPS 点。第七步:平差并计算导线点坐标。将所有附合导

42、线测量数据输进计算机中进行距离、角度平差，计算最后测量结果。（2）RTK技术在公路测量中的应用实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术,它是GPS 测量技术发展的一门新技术,在高速公路工程中应用前景广阔。 GPS 静态定位、准动态定位等定位模式,不能实时解算出定位结果,同时无法及时检核观测数据,难以保证观测数据的质量,数据粗差很大，在实际工作中经常需要返工来重测。解决这一问题可通过延长观测时间以增加测量数据的可靠性,但这样会降低了GPS 测量的工作效率。 基准站R 流动站 图2.4 GPS-RTK定位原理RTK的工作原理：一台接收机固定不动，作为基准站，另一台流动

43、测点，作为流动站，两接收机之间建立实时数据通信。开始观测时流动站首先依次在两个以上已知点上进行测量，通过实时数据传输，和基准站数据之间进行差分处理，得到与基准站之间的高精度的GPS基线向量。同时，利用公共点(既有已知坐标数据，又有GPS测量数据的点)中包含的坐标转换信息，得的GPS数据与当地坐标系统之间的转换参数，及作为基准点的当地点坐标，这一工作称为GPS数据初始化，初始化完成后就可以开始进行测量工作，当流动站移动到待定点上，便可通过与基准站的差分，求的基准站到流动站的高精度坐标差，设基准站R的坐标为(),流动站Ti与基准站的二维坐标差为(),则流动站Ti的坐标为： 动态定位测量前需要在一控

44、制点上静止观测数据,实时确定采样点的空间位置。现在其定位精度已达到厘米级。动态定位模式在高速公路勘测中应用前景广阔, 可以完成中线测量、中桩测量、地形测绘、纵断面地面线测量、横断面测量等工作。整个测量过程在不需通视的条件下,测量13 s,精度就可以达到1030mm,有着常规测量仪器无法比拟的优点。 RTK 技术具有的优点:实时动态显示经可靠性检验具有厘米级精度的测量成果；不用进行由于粗差造成的返工,大大提高了GPS 测量效率；作业效率高,每个放样点只需12s,流动站小组作业可完成中线测量510km. 若使用RTK进行带状地形测量,每天每小组完成0.81. 5的地形测绘,其精度和效率是常规测量所

45、无法比拟的； RTK还可与全站仪联合作业,充分发挥各自的优势。对于工程单位, GPS 静态定位和动态技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。生产过程时把常规方法和GPS 技术相结合可以极大的提高生产效率。（3）公路控制网的建立根据GPS 测量规范, 高速公路要求的控制网等级为一级导线或一级小三角。 因此,进行等级控制时首级控制网交子这一等级起到关键作用,而首级控制等级不能低于四等。故在搜集资料时必须搜集到测区内所有的国家三、四等控制点资料。在布设首级控制网时应在510km 内布设一首级控制点,以便进一步加密。在确立布网等级和测量方案后,应按下列步骤建立高速公路控制网。(1)选点

46、。选择便于测量作业及以后使用的点位。 (2)埋石。按公路勘测规范要求,埋设标石,并现场进行点之记。(3)实测。根据相关测量规范的要求及使用的仪器的标称精度进行实地测量。(4)进行测量平差及精度评定。根据实测结果进行测量平差,并进行精度评级，精度必须满足所需等级要求。这样测区内高速公路GPS 控制网就建成了。(4) GPS 控制网的应用公路GPS 控制网建成后,其主要用途有以下几个方面:(1)公路航测成图时必须有相应的控制依据,可用GPS 控制网控制区域宽度和航向。(2)用其他方法测图时, GPS 控制网可作为首级控制和图根控制。(3)在公路勘测阶段,可以使用GPS控制网进行放线及构造物的施放,

47、 可大大提高原始数据的提取精度和测设精度。 3.2.5 带状地形测量高速公路初测带状地形图应全线贯通测绘，比例尺为平坦地区1:20001:5000，困难地区1:10001:2000。地物点平面位置中误差在图上不能超过0.60.8mm；等高线高程中误差不能超过1/31个等高距。在具体测设时，应尽量以控制测量导线点作为测站以保证测量精度。必要时，可设置独立的支站点，并做好记录。表2.7带状地形测绘规定测图比例尺导线每测的测绘宽度(m)等高线间距(m)最大视线长度(m)一般地段困难地段垂直角12垂直角121: 100002505005106006001: 5000200300254503501：20

48、00100150124003001：1000按需要112501501：500按需要0.5115080采用“纸上定线法”进行初测时，线路中线两侧应各测绘200m350m；采用“现场定线法”进行初测时，线路中线两侧的宽度减为150m250m。带状地形测绘的图根点，应利用已有的平面控制点或中线控制桩作测站，当其精度不能满足测量要求时，应按相关规定进行图根控制测量。带状地形测绘的技术要求，应符合公路勘测规范中的相关规定。采用“现场定线法”进行初测时，可采用经纬仪配合小平板仪，也可使用大平板仪测量；还可利用纵、横断面资料，配合仪器去现场进行测绘。有时还可利用国家或其他相关部门所测绘的地形图，进行现场核查

49、，对变化较大的地形地物进行补测。高速公路采用分离式路基时，地形图测绘范围应包含两条分离路线及中间分离带的所有地形；当中间分离带为大河与高山或两条路线相距较远时，中间地带省略不测。近年来利用遥感影像进行高速公路带状地形测量已经在发达国家得到普遍应用，而我国还处于探索阶段。其中LIDAR是遥感领域里的一项新技术，它通过主动发射激光来扫描地面和地面上的目标，能够全天候、全天时地获取地面的三维数据。还不受植被的影响，也无须现场测量，获取的数据精度和自动化程度都很高。LIDAR技术最主要的数据产品是高精度、高清度的激光点云数据，该数据能直接反映激光点的三维坐标，这样就可以生产高精度，高分辨率的DTM，它是快速进行DTM数据采集的最有效方法。DTM的制作过程为：通过自动或人工交互处理，把入射到植被、建筑物等非地面点云进行分类、滤波或去除，构建不规则三角网(TIN)，就可以快速生成DTM。利用DTM就可以制作带状地形图。3.高速公路线路定测和施工图设计3.1 定测目的、任务及内容3.1.1 定测的目的及任务高速公路定测，即定线测量，是指施工图设计阶段的外业勘测工作。目的：根据初步设计文件及确定的修建原则和工程方案，结合测区自