GNSS技术在工程放样中的应用研究

钱跃磊，关小果，李 阳

(许昌学院 城市与环境学院，河南 许昌 461000)

工程建设都需要将设计图上的相应地物在实地标定出来，并达到一定精度，以供施工.地面点位的放样方法是利用全站仪进行坐标放样，将全站仪架设在某已知控制点上，后视另一已知控制点，将待放样点坐标输入全站仪，全站仪自动计算出放样数据，根据放样数据完成点位的放样.这种方法能够减少人为计算数据、提高放样效率，但受到观测者读数能力、操作水平、天气等因素影响[1]，同时放样速度较慢、易被遮挡、效率更低[2].而GNSS技术不需要通视，操作简单，因此利用GNSS技术对工程施工放样进行研究，具有重要的现实意义.

1 景观工程放样方法研究

1.1 全站仪施工放样方法

全站仪施工放样是利用全站仪极坐标放样方法技术，通过输入测站坐标和后视点坐标，由仪器自动计算出放样数据，然后测量人员在施工现场完成放样工作[3].操作过程如下：

1.1.1 施工控制网布设

施工控制网是专门为工程施工放样所布设的控制网.建立施工控制网可以将施工区域纳入统一的坐标系统中，为测区各项测量工作提供位置基准，便于后续进行施工放样[4].控制网布设主要包括以下几个步骤：

(1)踏勘选点.项目区域确定后，需要对测区进行踏勘，了解测区地物分布及地形情况，然后依据测区周边已知控制点和测区概况进行控制点的选点.选点时要注意点与点之间通视、便于架设仪器观测和便于保存等事项.

(2)外业观测.控制点选完以后，按照一定的精度要求，利用全站仪对所选的点进行外业观测，观测数据主要包括水平距离和水平角度，采用的观测方法为测回法.

(3)内业计算.外业数据观测完成后，按照控制测量内业计算流程，对外业观测的数据进行逐项计算，计算完成后可得到所有控制点的平面坐标.

1.1.2 细部点放样

控制网完成后，就可以利用控制点坐标进行细部点的施工放样工作.放样步骤如下：

(1)架设测站点.将全站仪架设在某个控制点上面，进行对中整平，输入测站点点号和坐标数据等内容，完成测站点的设置.

(2)后视定向.将棱镜架设在另一个控制点上，对中整平.全站仪进入后视步骤，输入后视点坐标，仪器自动计算出方位角，此时精确照准后视点，完成后视定向.

(3)放样点设置.全站仪进入放样点输入界面，输入待放样点坐标，仪器自动计算出测站点和放样点间的相对位置数据，即角度和距离，最后依据全站仪找到相应位置，完成放样.

1.2 GNSS-RTK施工放样

GNSS-RTK施工放样是利用GNSS接收机，通过接受卫星信号和输入仪器的待放样点数据，自动计算出待放样点和目前接收机位置的距离和方向，进而完成放样.

1.2.1 接收机组成

(1)天线.在测量工作里面，接收机天线大致分为两类，一个是接收天线，另一个是发射天线.基准站的天线主要是发射信号，流动站的天线主要是接收信号.

(2)主机.主机部分的核心是由GNSS主板、电台板、CF卡槽和电池仓组成.目前接收机中各种模块可以集中在一张板卡上，使得接收机逐渐向高精度、小型化和智能化发展[5].

(3)电源.在RTK系统里面电源分内置电源和外接电源两部分.内置电源是装在GNSS接收机里的锂离子电池，只适合短时间测量工作.外接电源一般为蓄电池，可用于外挂电台模式或者长时间测量的供电工作.

1.2.2 GNSS-RTK施工放样过程

(1)基准站架设.将GNSS接收机架设在一空旷地方，对中整平，开机，看屏幕左下角的显示模式.如为“基站模式”，静等5 s后自动进入基站状态，否则在工作模式菜单中改为“基站模式”.然后设置数据链和通道，当屏幕上PDOP值小于3时，启动基准站.

(2)移动站设置.移动站开机，看屏幕右下角显示的是什么模式.如为“移动站模式”，静等5 s后会自动进入移动站状态;如为其他模式，将其改为“移动站模式”.然后设置数据链和通道参数，设置值与基准站一样即可.

(3)点校正.选取两个已知控制点，用GNSS-RTK测出来其GNSS坐标，然后利用已知的当地控制点坐标，计算出转换参数并进行应用，完成点校正.

(4)点放样.在接收机中输入点放样数据，仪器自动计算出放样点相当于目前接收机的位置，根据提示到达指定点即可.

1.3 全站仪施工放样与GNSS-RTK施工放样方法比较

比较分析结果如表1所示.可以看出，这两种放样方法各有特点，其中GNSS-RTK放样在操作过程、劳动强度和作业时间方面有很大优势，但精度不太高，因此有必要对其放样精度进行重点研究.

表1 全站仪放样与GNSS-RTK放样对比

2 GNSS-RTK进行工程放样精度研究

2.1 研究思路

利用南方CASS软件设计一固定地物，并获取此地物拐点的坐标作为设计坐标；然后利用RTK接收机对地物拐点进行实地测设，在相应位置上做固定标记.为检验其测设精度，利用电子全站仪对标记出的点位再次进行精密导线测量，数据处理后与设计坐标进行对比，最终评定RTK测设精度.

2.2 测区选择

为更加接近工程实际，实验测区选在一景观工程场地.在测区附近有已知的控制点标志和数据，依据此控制点的数据，设计一固定地物，其设计数据如表2所示.

表2 测设数据表

2.3 GNSS-RTK进行点位测设与精度分析

首先利用GNSS-RTK对表2中的坐标数据进行点位放样，再实地标定位置.为了检验其测设精度，采用电子全站仪对测设点进行一级导线测量[6]，经数据处理后即可得出相应测设点的平面坐标.然后将此坐标和设计坐标进行比较，结果如表3所示.由此可以看出，两者之差值，X相差最大为11 mm，Y相差最大为8 mm，此精度可以满足厘米级工程放样的精度要求[7].

表3 坐标对比表

3 应用实例

3.1 项目简介

项目位于许昌市西湖公园北面，长约380 m，平均宽度40 m.红线用地面积15 828 m2，其中水域面积6 030 m2.该项目是对原有河道进行改造，整体提升北护城河景观.根据设计图及设计坐标进行施工放样，将规划中重要地物的实地位置标定出来，为后续施工提供参考.根据现场踏勘，该地区河道东西两侧附近各有一个控制点，其中文化路与建安大道交叉口有ZB4(3767732.244,483244.757)，劳动路与建安大道交叉口有ZB5(3767724.595,482824.849).

3.2 准备工作

(1)仪器工具选择.使用的仪器包括2台GNSS接收机、1个三脚架、1个简易对中杆、1个测量手簿、1把钢卷尺、木桩和喷漆若干.

(2)数据准备.为了提高效率，在正式实地放样前，需要把相关数据传入设备中.具体过程如下：首先建一个dat格式的文本文件，命名为“景观改造数据”.然后将放样点的坐标复制到该文本文件中，每一个坐标占一行，具体格式为“点名，，Y,X”.最后通过数据线，将该文本文件复制到测量手簿Storage Card/EGJobs路径下的文件夹中.

3.3 GNSS进行景观工程施工放样

(1)仪器架设与设置.通过勘察，将基准站架设在河道东侧清虚桥附近的空旷场地，架好基站后，用手薄蓝牙连接模式连接基准站并设置接收机为基准站模式，内置电台通道设为11，当接受卫星信号稳定后，启动基准站，然后断开手薄与基准站的连接并连接移动站接收机，电台通道设为11.

(2)点校正.设置好移动站后，在测量模块下的控点库功能里输入控制点坐标ZB4(3767732.244,483244.757)和ZB5(3767724.595,482824.849).把移动站放到文化路与建安大道交叉口的ZB4处，调整对中杆对中状态，当气泡居中并且接收机差分信号为固定解时，测量该点坐标，命名为ZB4-1后存储.然后按照同样方法测量劳动路与建安大道交叉口的ZB5点，命名为ZB5-1后存储.最后进行参数转换，在参数转换界面，选取ZB4控制坐标，下面输入刚才测量的对应点坐标(ZB4-1)，形成一组数据.同理完成另外一组数据输入，点击“转换参数”按钮，并应用参数模型.由于工程只需要进行平面位置的点位放样，采用河道东西两侧的两个控制点完成点的校正[8].

(3)复测检验.为检验点校正的精度，对已知点ZB4进行复测检验，复测结果与原有数据最大差值为5 mm，满足放样精度要求.

(4)工程放样.首先打开接收机手簿里的工程放样软件，先新建工程，确定工程名称.点击进入坐标管理库，单击此界面中“文件”按钮，选中“导入”选项，并选择合适的文件类型,打开手薄上存储的工程测设坐标文件，将测设数据导入工程中.然后，打开测量软件测量模块下的“点放样”功能界面，选择1号点放样，根据手薄上的提示，移动接收机到指定位置，当接收机发出蜂鸣时，即为放样就成功，此时对中杆下部所对位置即为放样点，定下木桩，完成放样工作.最后按照以上方法逐个放样其他点.

4 结语

在各种工程建设过程中，都需要进行相关工程施工的放样工作，传统方式是利用钢尺或者全站仪，而且需要点与点之间通视，虽然较高精度，但是效率不高.GNSS-RTK技术为各种工程施工放样提供了新方法，该方法不需要通视，操作方便、劳动强度小，能全天24小时进行作业，而且能达到一定精度，提高工作效率，可为相关工程施工放样提供参考.