基于GPS RTK技術(shù)的公路工程測量＊

孫憲兵，鄭衛(wèi)鋒，孫奉劼，張 爽

（65015部隊，遼寧 大連116023）

0 引 言

GPS測量具有高精度、高效率的優(yōu)點，在控制測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設(shè)備，但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強度大、效率低，采用GPS RTK靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測量，為勘測階段測繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測量提供依據(jù)，RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用，有著非常廣闊的前景［1］。

1 GPS RTK的基本原理及應(yīng)用方式

RTK技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分測量技術(shù)，其系統(tǒng)由基準站、流動站和通訊系統(tǒng)組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù)，然后利用電子手簿根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度［2］。

RTK定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式。快速靜態(tài)定位模式要求GPS接收機在每一流動站上靜止的進行觀測，在觀測過程中，同時接收基準站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標；動態(tài)定位測量前需要在一控制點上靜止觀測數(shù)分鐘進行初始化，之后流動站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時確定采樣點的空間位置，其定位精度可以達到厘米級。兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS（地理信息系統(tǒng)）前端數(shù)據(jù)采集［3］。

2 GPS RTK的技術(shù)特點

GPS RTK的技術(shù)特點：

1）測站之間無需通視，全天候作業(yè)，作業(yè)效率高。

2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差累積。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm＋1 ppm，而紅外儀標稱精度為5mm＋5ppm，GPS RTK測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。

3）觀測時間短。采用GPS RTK布設(shè)控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間更短。例如使用Timble4800GPS接收機的RTK法可在5s以內(nèi)求得測點坐標。

4）提供三維坐標。GPS RTK測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

5）操作簡便。GPS RTK測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成［4］。

當然，GPS RTK具有一定的局限性，其測量誤差的來源是多方面的，如多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差等。實踐證明，RTK不適合在信號不好的林區(qū)作業(yè)。

3 公路工程應(yīng)用實例

應(yīng)用GPS RTK技術(shù)進行公路中線測量，可同時完成傳統(tǒng)測量方法中的放線測量、中樁測量、中平測量等工作，基本作業(yè)方法是：在路線控制點上架設(shè)GPS接收機作為基準站，流動站測設(shè)路線點位并進行打樁作業(yè)。根據(jù)所設(shè)計的路線參數(shù)，利用路線計算程序和GPS配套的電子手簿計算路線中樁的設(shè)計坐標。在流動站的測設(shè)操作下，只要輸入要測設(shè)的參考點號，然后按解算鍵，顯示屏可及時顯示當前桿位和到設(shè)計樁位的方向與距離，移動桿位，當屏幕顯示桿位與設(shè)計點位重合時，在桿位處打樁寫號即可。這樣逐樁進行，可快速在地面上測設(shè)中樁并測得中樁高程。并且每個點的測設(shè)都是獨立完成的，不會產(chǎn)生累計誤差。

在對某地區(qū)道路20km的路段500根中樁放樣的過程中，為了檢驗RTK的放樣精度，在該路段選取了部分具有帶表性的特征點，用TC1800全站儀進行了放樣檢測，比較結(jié)果如表1所示。

表1 部分RTK與全站儀同樁號坐標誤差比較

從表1可以看出，其結(jié)果完全符合有關(guān)測量規(guī)范要求。從整個作業(yè)流程分析，GPS RTK技術(shù)在公路工程測量中比全站儀具有更大的優(yōu)勢，GPS RTK讓作業(yè)過程更加靈活，點位精度更加均勻，效率更高。RTK放樣結(jié)果的精度，除受基準站點位精度影響外，還受模糊度解算誤差、坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差、GPS天線對中誤差等的影響。RTK測量的點位精度可達厘米級，與傳統(tǒng)測量方法相比各點位之間不存在誤差累積，滿足高等級公路放樣測量的精度要求［5］。

4 結(jié) 論

GPS技術(shù)應(yīng)用于公路勘測，對高等級公路的勘測手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率，非常適合于地形復(fù)雜的公路測量，特別是實時動態(tài)（RTK）定位技術(shù)將在公路勘測、施工和后期養(yǎng)護、管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 周 立.GPS測量技術(shù)［M］.鄭州：黃河水利出版社，2006.

［2］ 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應(yīng)用［M］.武昌：武漢大學出版社，2006.

［3］ 吳廣華，張杏谷.衛(wèi)星導(dǎo)航［M］.北京：人民交通出版社，1998.

［4］ 王廣運.差分GPS定位與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1996.

［5］ 方 輝.GPS測量原理及應(yīng)用［M］.武昌：武漢測繪科技大學出版社，1998.