GPS—RTK技術(shù)及在公路測(cè)量工程中應(yīng)用分析

摘要：GPS-RTK技術(shù)近年來(lái)發(fā)展比較迅速，它在各種控制測(cè)量、地形測(cè)圖、工程選線及工程放樣中應(yīng)用廣泛，與常規(guī)儀器相比非常明顯地提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度。論文主要介紹了該技術(shù)的應(yīng)用原理，并針對(duì)其在公路測(cè)量中的運(yùn)用技術(shù)做了分析和闡述。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù);公路測(cè)量

1 GPS-RTK技術(shù)原理

RTK技術(shù)是以載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)。是一種將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在1-2秒的時(shí)間里得到高精度位置信息的技術(shù)，RTK技術(shù)系統(tǒng)由GPS接收設(shè)備、無(wú)線電通訊設(shè)備、電子手薄及配套設(shè)備組成，整套設(shè)備在輕量化、操作簡(jiǎn)便性、實(shí)時(shí)可靠性、厘米級(jí)精度等方面的特點(diǎn)，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。

2 GPS-RTK技術(shù)在公路測(cè)量工程中的應(yīng)用

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大力發(fā)展，中、高等級(jí)公路建設(shè)迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇，這就對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。當(dāng)前，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制原理，為勘測(cè)階段測(cè)繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測(cè)量提供依據(jù);在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網(wǎng)，這僅僅是GPS在公路測(cè)量中應(yīng)用的初級(jí)階段，公路測(cè)量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于RTK技術(shù)的應(yīng)用之中，RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用，有著非常廣闊的前景。

2.1 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用模式

GPS-RTK定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，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(cè)、施工放樣等前端數(shù)據(jù)采集。

（1）快速靜態(tài)定位模式

按照工程實(shí)際需求，GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上，靜止的進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過(guò)程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求，便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密;若采用常規(guī)測(cè)量方法（如全站儀測(cè)量），受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而采用RTK技術(shù)可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5-10min，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間還會(huì)縮短，不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的五分之一，在公路測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作。

（2）動(dòng)態(tài)定位模式

測(cè)量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測(cè)數(shù)分鐘（有的儀器只需2-10s）進(jìn)行初始化工作，之后流動(dòng)站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等工作。測(cè)量2-4s，精度就可以達(dá)到1-3cm，且整個(gè)測(cè)量過(guò)程不需通視，有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

2.2" GPS-RTK技術(shù)在公路測(cè)量工程中的應(yīng)用

公路測(cè)量通常是指在勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工放樣階段。公路測(cè)量的特點(diǎn)是線路長(zhǎng)、地形地物復(fù)雜、測(cè)量難度大。采用 GPS-RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用，靈活機(jī)動(dòng)，勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)效率高，通常有以下的作用。

（1）繪制大比例尺地形圖

高等級(jí)的公路選線是在大比例尺（1：1000 或 1：2000）帶狀地形圖上進(jìn)行。用傳統(tǒng)的方法測(cè)圖，先要建立控制點(diǎn)，然后進(jìn)行碎部測(cè)量，再繪制成大比例尺地形圖。這種方法難度大、速度慢、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、效率低。采用 GPR RTK 測(cè)量可以完全克服這些缺點(diǎn)，只需要在公路沿線每個(gè)碎部點(diǎn)上停留一兩分鐘，即要獲得每點(diǎn)的三維坐標(biāo)，結(jié)合輸入點(diǎn)的特征編碼及屬性信息，就構(gòu)成帶狀地形圖所有碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。然后用繪圖軟件成圖。這種方法需要采集碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)和輸入屬性信息，而且速度快，既省時(shí)又省力，大大地克服了測(cè)圖的難度。

（2）道路中線放樣

使用RTK技術(shù)進(jìn)行中線測(cè)量，不但克服了傳統(tǒng)放樣法和坐標(biāo)放樣法的缺點(diǎn)，而且具有觀測(cè)時(shí)間短，精度高、無(wú)須通視、現(xiàn)場(chǎng)給出精確坐標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，其作業(yè)流程如下：

1）設(shè)置基準(zhǔn)站。GPS-RTK定位要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)及已知數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電信號(hào)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量、無(wú)線電的信號(hào)傳播質(zhì)量對(duì)GPS-RTK定位結(jié)果影響很大，在設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)?；鶞?zhǔn)站與流動(dòng)站之間距離不能太大，基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)置在上空開(kāi)闊、沒(méi)有強(qiáng)電磁干擾、多路徑誤差影響小的控制點(diǎn)上。架設(shè)好基準(zhǔn)站和天線，打開(kāi)接收機(jī)，進(jìn)行點(diǎn)校正工作。在有已知轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下，直接輸入當(dāng)前坐標(biāo)系統(tǒng)與WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。在不知道轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下，直接采用點(diǎn)校正方式建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式。

2）流動(dòng)站設(shè)置。打開(kāi)接收機(jī)，雙擊“測(cè)量”圖標(biāo)，選擇“RTK”測(cè)量方式。流動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)也接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)。進(jìn)行處理獲得流動(dòng)站的三維WGS-84坐標(biāo)，通過(guò)與基準(zhǔn)站相同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)坐標(biāo)。

3）中線放樣測(cè)量。選擇“放樣”選項(xiàng)，進(jìn)行放樣測(cè)量作業(yè)。系統(tǒng)軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)輸入到TRK電子手簿中的放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位。

4）數(shù)值采集。當(dāng)流動(dòng)站到達(dá)放樣點(diǎn)后，整平流動(dòng)站天線，使放樣點(diǎn)位置和天線中心位置重合，按“測(cè)量”鍵對(duì)該放樣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值采集工作。

（3）道路的縱橫斷面放樣和土石方計(jì)算

縱橫斷面放樣時(shí)，先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中，生成一個(gè)施工預(yù)放樣點(diǎn)的文件，并儲(chǔ)存起來(lái)，隨時(shí)可以到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所用;橫斷面放樣時(shí)，先確定橫斷面作業(yè)形式（挖、填、半挖半填），然后把橫斷面設(shè)計(jì)有關(guān)數(shù)據(jù)輸入電子手簿中（邊坡坡度、路肩寬度、設(shè)計(jì)高）也生成一個(gè)施工預(yù)放樣文件，儲(chǔ)存起來(lái)，并隨時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣。還可利用軟件自動(dòng)與地面線銜接進(jìn)行所謂的“載帽”工作，并利用“斷面法”進(jìn)行填挖土方量的計(jì)算。用繪圖軟件還可繪出沿線的縱斷面和各點(diǎn)的橫斷面圖。因?yàn)樗捎玫臄?shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集的，不需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量，大大減少了外業(yè)工作。而且必要時(shí)，可用動(dòng)態(tài) GPS 到現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)復(fù)合，這與傳統(tǒng)方法相比，既經(jīng)濟(jì)又易實(shí)現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

利用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量精度高，可以達(dá)到厘米級(jí)精度，且不累計(jì)傳遞誤差，觀測(cè)時(shí)間短并可實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)，完全可以滿足地下管線點(diǎn)測(cè)量精度。近年來(lái)，各種用途的連續(xù)運(yùn)行和參考站系統(tǒng)（CORS）的相繼建成，出現(xiàn)了由多基站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)"RTK，解決了常規(guī)RTK的局限性問(wèn)題和GPS高程轉(zhuǎn)換問(wèn)題。該測(cè)量技術(shù)操作簡(jiǎn)單方便，可以極大提高工作效率，從而節(jié)約了時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效率。隨著測(cè)繪科技的發(fā)展，GPS-RTK將得到更廣泛的應(yīng)用。

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