淺談公路測量中GPS—RTK技術(shù)的應(yīng)用

劉淦

【摘 要】隨著GPS技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)遍布各種測量領(lǐng)域。GPS在公路勘測中的應(yīng)用，對高等級公路的勘測技術(shù)和測量方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率， 特別是GPS實時動態(tài)差分RTK技術(shù)的迅速發(fā)展和進步，在常規(guī)的公路測量領(lǐng)域里得到了越來越普遍的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】GPS-RTK技術(shù)；公路勘測；應(yīng)用

1.GPS-RTK技術(shù)的由來和發(fā)展

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。GPS已在測繪領(lǐng)域引起了革命性的變化，目前，范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測網(wǎng)，精度上從百米至毫米級的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，GPS已開始向分米乃至厘米級的放樣、高精度動態(tài)定位等領(lǐng)域滲透?，F(xiàn)如今使用國產(chǎn)RTK已經(jīng)很普遍（南方、上海華測、中海達等），性能也比較穩(wěn)定，只是軟件方面有待進一步完善。

RTK（Real Time Kinematic ）實時動態(tài)測量系統(tǒng)，是集計算機技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、 無線電技術(shù)和GPS測量定位技術(shù)為一體的組合系統(tǒng)，是基于實時載波相位差分的實時動態(tài)定位技術(shù)，是 GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個新突破。RTK定位精度高，可以全天候作業(yè)，每個點的誤差均為不累積的隨機偶然誤差。且外業(yè)操作簡單，只需一人，屬于真正的一人操作系統(tǒng)，其平面精度可以達1cm+1ppm，高程精度可以達到2cm+1ppm，完全可以滿足公路測量的精度要求。

RTK 又可細分為修正法和差分法。修正法是將基準站的載波相位修正值發(fā)送給流動站 ，改正流動站接收到的載波相位，流動站再求解坐標，也稱準 RTK；差分法是將基準站采集到的載波相位，發(fā)送給流動站，再由流動站求差解算坐標，又稱真正的RTK。

2.GPS-RTK技術(shù)的特點

2.1 RTK的設(shè)備組成

RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。

2.2 GPS的軟件作業(yè)環(huán)境

RTK要求實時提供移動站指定點的三維坐標，并完成相對應(yīng)的坐標轉(zhuǎn)換和投影計算，將GPS所接收的WGS84坐標轉(zhuǎn)換成自己所需的當?shù)刈鴺嘶蚬こ套鴺?。此過程都在RTK手簿軟件中完成。

2.3 GPS的測量方法

動態(tài)及差分技術(shù)適合于實時或后處理測量，快速靜態(tài)技術(shù)適合于后處理測量。

2.3.1實時動態(tài)測量

實時動態(tài)測量一般用5個或更多衛(wèi)星到基站和流動站的相位進行測量。為了得到厘米級的測量精度，測量前必須初始化。

測量中，若收到的衛(wèi)星數(shù)目少于四顆一下，當衛(wèi)星數(shù)升至4顆或以上時，需要重新初始化。

2.3.2靜態(tài)測量

靜態(tài)測量可以用作是最高精度的測量，但其所需時間根據(jù)邊長長短大約要30分鐘至1.5小時。靜態(tài)測量需要經(jīng)過后處理才能得到高精度的數(shù)據(jù)。

靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測、國家大地測量、大壩變形觀測等高精度測量；快速靜態(tài)測量以其高效的作業(yè)效率與厘米級精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測量；而RTK 系統(tǒng)整套設(shè)備在輕量化、操作簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。

3.RTK在公路測量工作中的應(yīng)用

3.1用于工程放樣測量

首先確定控制點及其坐標系、坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法。把放樣點的坐標或線及樁號成批地存入掌上電腦RTK手簿中。選擇地勢高、無干擾、寬闊的已知點架設(shè)基準站，設(shè)置好基準站，使接收機至少能收到5顆以上衛(wèi)星，數(shù)據(jù)鏈發(fā)射正常，測量人員設(shè)置好流動站，在快速初始化完成后可以開始作業(yè)。從RTK手簿中讀取當前測量點距放樣點或線的縱橫坐標差Dx、Dy、S以及方位，并以圖形方式顯示出來，同時顯示測量的點位精度水平，當精度水平達到期望值時可結(jié)束該點的放樣，操作起來比較直觀、方便。采用RTK放樣，單人就可以作業(yè)，工作效率很高。同時，作業(yè)時不必布測常規(guī)的導(dǎo)線，節(jié)省了大量的人力，在道路條件差的地方相當方便。如在某廠區(qū)的道路放樁中，該地區(qū)灌木、小葉樹密度高，如果用全站儀放樁，必須花費大量的人力去砍樹開路以便通視，并且還需要布置導(dǎo)線，采用RTK方法能夠省去這些艱難的工作，常規(guī)方法需要10天的工作，使用該方法約2天即可完成。高程測量方面，GPS測量的高程誤差與常規(guī)水準不同。它主要取決于擬合面與大地水準面的符合程度。

3.2 RTK技術(shù)用于定位測量

RTK技術(shù)定位有動態(tài)定位和快速靜態(tài)定位兩種測量模式。兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用中可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS前端數(shù)據(jù)采集。

（1）動態(tài)定位測量前需要在一個控制點上靜態(tài)觀測數(shù)分鐘（有的儀器只需2～10s）以進行初始化工作，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。目前，其定位精度可以達到厘米級。動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量2～4s，精度就可以達到±（1～3）cm，且整個測量過程不需通視，有著常規(guī)測量儀器（如全站儀）不可比擬的優(yōu)點。

（2）快速靜態(tài)定位模式要求GPS接收機在每一流動站上，靜止地進行觀測。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，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計要求，便可以結(jié)束實時觀測。一般應(yīng)用在控制測量中，如控制網(wǎng)加密；若采用常規(guī)測量方法（如全站儀測量），受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難，而采用RTK快速靜態(tài)測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5～10 min（隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時間還會縮短），不及靜態(tài)測量所需時間的1/5，在公路測量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測量等控制點加密工作。

3.3 RTK用于控制測量

由于RTK測量在20km內(nèi)點位平面標稱精度為±3cm，根據(jù)控制測量規(guī)范要求Ⅰ級導(dǎo)線點的點位誤差為±5cm，從理論上講RTK測量完全可以滿足Ⅰ級以下導(dǎo)線點的技術(shù)規(guī)范要求。在某工程道路放樁RTK測量中，我們對距離基準站1～6km的一些四等GPS控制點采用一點法進行檢核比較，結(jié)果表明平面坐標分量最大差值為3.1 cm，高程最大差值為4.9 cm，完全符合Ⅰ級導(dǎo)線點的規(guī)范精度要求。某工程1∶1000數(shù)字地形圖測繪任務(wù)，測區(qū)長約7km，寬07km，面積約5km2。整個測區(qū)采用Ashtech Z-X雙頻GPS接收機，用靜態(tài)法共布測了5個四等GPS點，21個一級GPS點，點位均勻分布，最弱點點位中誤差Mx為±40cm，My為±3.9cm，并聯(lián)測了四等水準高程。為了進一步檢核Ashtech Z-X雙頻GPS系統(tǒng)的測量精度，采用GPS控制點聯(lián)測法均勻地檢測了其中12個GPS控制點，基準站布設(shè)在測區(qū)中間。GPS測量坐標值與靜態(tài)聯(lián)測法坐標值的較差X坐標中誤差為±3.1cm，Y坐標中誤差為±2.3cm，H高程中誤差為±5.0cm，結(jié)果完全可滿足Ⅰ級導(dǎo)線點（5點以下）的規(guī)范精度要求。盡管GPS測量的標稱精度及實測精度完全滿足Ⅰ級導(dǎo)線點5點以下的規(guī)范精度要求，但目前的規(guī)范對利用GPS測量進行Ⅰ級導(dǎo)線甚至更高精度的控制測量，其采集數(shù)據(jù)的方法、數(shù)量等還沒有明確的規(guī)定，因此還需要用大量的實踐來證實。 [科]

【參考文獻】

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