高速公路征地測(cè)量中GPS—RTK技術(shù)的運(yùn)用

孫君

摘 要：目前，GPS技術(shù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用已經(jīng)在各種測(cè)量領(lǐng)域中廣泛采用。在高速公路征地測(cè)量中應(yīng)用GPS技術(shù)，使勘測(cè)精度和勘測(cè)效率得到了很大的提高，尤其是GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，在常規(guī)的公路測(cè)量領(lǐng)域里越來(lái)越被廣泛應(yīng)用。該文主要介紹了了GPS-RTK技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用，對(duì)比分析了DPS-RTK技術(shù)在精準(zhǔn)度，時(shí)效性審計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高速公路 征地測(cè)量 GPS—RTK技術(shù) 運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0041-02

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，因此需要占用大量的土地，做好征地工作是我國(guó)國(guó)土資源部門(mén)需要重視的一個(gè)問(wèn)題。在高速公路大規(guī)模修建的新形勢(shì)下，傳統(tǒng)的征地測(cè)量方法也已經(jīng)明顯不能適應(yīng)現(xiàn)狀，在征地測(cè)量中應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)，可以使工作效率提高，減少不必要的糾紛，節(jié)約投資成本。

1 GPS-RTK技術(shù)的由來(lái)和發(fā)展

GPS的英文是Global Positioning System簡(jiǎn)稱(chēng)為全球定位系統(tǒng)。在測(cè)繪領(lǐng)域，GPS的運(yùn)用相當(dāng)廣泛，可以說(shuō)是這一領(lǐng)域的革命性變革。目前，各種范圍的定位一般都將GPS作為首選的方式。隨著RTK技術(shù)不斷成熟，GPS已經(jīng)滲透到高精度動(dòng)態(tài)定位、分米至厘米放樣等領(lǐng)域。目前RTK的使用已經(jīng)非常廣泛，它的性能也十分穩(wěn)定，但是其軟件方面需要加以改善。RTK（Real Time Kinematic）是一種組合系統(tǒng)，是集數(shù)字通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、元線電技術(shù)、GPS測(cè)量定位技術(shù)為一體的。它是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，是基于實(shí)時(shí)載波相位差分的。這是GPS征地測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破。RTK定位精準(zhǔn)度高，可以不間斷全天候的進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，誤差較小。而且操作簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)人進(jìn)行系統(tǒng)的操作。測(cè)算出來(lái)的平面精度可以達(dá)到1 cm+1 ppm，高程精度可以達(dá)到2 cm+1 ppm，滿(mǎn)足了高速公路征地測(cè)量的精度要求。RTK可以細(xì)分為差分法和修正法。給流動(dòng)站發(fā)送基準(zhǔn)站的載波相位是修正法，收到的載波相位在流動(dòng)站更改，流動(dòng)站再進(jìn)行坐標(biāo)的求解，這也可以稱(chēng)作準(zhǔn)RTK；基準(zhǔn)站收集到的載波相位，給流動(dòng)站發(fā)送過(guò)去是差分法，再通過(guò)流動(dòng)站進(jìn)行坐標(biāo)的求解運(yùn)算，稱(chēng)為真正的RTK。

2 GPS-RTK技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 RTK設(shè)備組成

RTK系統(tǒng)通常由三部分組成；軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、GPS接收設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由流動(dòng)站的接收電臺(tái)與和基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)組成.這對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量是十分重要的。（見(jiàn)圖1）

2.2 GPS軟件作業(yè)環(huán)境

RTK要求在準(zhǔn)確的時(shí)間及時(shí)提供移動(dòng)站指定地點(diǎn)的三維坐標(biāo).相對(duì)應(yīng)的投影計(jì)算和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也要實(shí)時(shí)完成。將GPS所接收的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成自己所需的工程坐標(biāo)或者當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。此過(guò)程都要在RTK手簿軟件中有效地完成。

2.3 GPS的測(cè)量方法

快速靜態(tài)技術(shù)是比較適合后處理測(cè)量的，動(dòng)態(tài)及差分技術(shù)比較適合后處理測(cè)量或者實(shí)時(shí)測(cè)量。

2.3.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的測(cè)量

到流動(dòng)站和基站的相位實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)量一般用五個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星。測(cè)量前首先要進(jìn)行初始化，才能得到準(zhǔn)確的厘米級(jí)的測(cè)量精度結(jié)果。測(cè)量中，當(dāng)衛(wèi)星數(shù)升至4顆或4顆以上的時(shí)候則需要重新進(jìn)行初始化。

2.3.2 靜態(tài)測(cè)量

最高精度的測(cè)量需要用靜態(tài)測(cè)量，但根據(jù)邊長(zhǎng)長(zhǎng)短所需時(shí)間大約要30 min～1.5 h。靜態(tài)測(cè)量想要得到高精度的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)后處理才能得到。地殼變形的觀測(cè)、國(guó)家大地的測(cè)量、大壩變形的觀測(cè)等高精度測(cè)量主要應(yīng)用于靜態(tài)作業(yè)的模式：快速靜態(tài)的測(cè)量作業(yè)效率較高，有著厘米級(jí)的精度，因此，被普遍應(yīng)用于普通的工程測(cè)量中：RTK系統(tǒng)的整套設(shè)備在具有操作簡(jiǎn)便性，輕量化、實(shí)時(shí)性可靠、厘米級(jí)的精度等優(yōu)點(diǎn)，可以較好地滿(mǎn)足放樣和數(shù)據(jù)工程采集的需求。

3 RTK測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)

確定周模糊度和傳輸差分?jǐn)?shù)據(jù)是RTK測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用核心。

3.1 整周模糊度的求解

周模糊度有很多求解方法，可以通過(guò)測(cè)量過(guò)程中信號(hào)接收機(jī)的狀態(tài)情況進(jìn)行劃分，可以分為動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法。但是，如果運(yùn)用這些方法將會(huì)耗費(fèi)很多精力去求解，在實(shí)際生產(chǎn)生活中不能滿(mǎn)足需求，因此，運(yùn)用卡爾曼濾波器對(duì)其模糊度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的有效的求解，進(jìn)而可以對(duì)模糊度的動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的求解。在實(shí)踐中我們可以得到，這種方法的特點(diǎn)為單易行、計(jì)算快速，計(jì)算量小，這是動(dòng)態(tài)快速的求解周模糊度的最好的方式。

3.2 RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸

空間波是RTK通訊的重要的傳播手段，因此我們采用的是UFK波，即散射波、折射波、直射波和多種合成波。直線傳播性和較強(qiáng)的穿透性是這類(lèi)傳播方式的特點(diǎn)，但是，這容易受到障礙物、地形以及地球曲率的影響。當(dāng)運(yùn)用9600波特率傳送數(shù)據(jù)時(shí)，那么每組數(shù)據(jù)的發(fā)送的時(shí)間為0.8 s左右。所以，基準(zhǔn)站在進(jìn)行每秒傳送一次的RTK數(shù)據(jù)改正時(shí)，較為理想的傳送距離為：D=4.24（）數(shù)據(jù)鏈中覆蓋面的半徑為公式中的D，其單位為km；基準(zhǔn)站的天線高度為h1，流動(dòng)站的天線高度為h2，單位為m。公式中指處于較理想的狀態(tài)下，即覆蓋范圍處于沒(méi)有障礙的物遮擋和無(wú)電波的干擾的狀態(tài)下，這其實(shí)與實(shí)際的情況是有比較細(xì)微的出入的。為了快速提高RTK的數(shù)據(jù)通訊的能力，在進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)在有效測(cè)量器中央的控制點(diǎn)上安排RTK基準(zhǔn)站，調(diào)整基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的天線架設(shè)的高度。另外，還需要對(duì)基準(zhǔn)站與移動(dòng)站之間的距離進(jìn)行縮短，這樣可以使增強(qiáng)天線和接收機(jī)的靈敏性得到提高，使其可以達(dá)到“電磁波同視”的效果。如果在觀測(cè)過(guò)程中受到地形的影響，在一定程度上可以增設(shè)中繼站。

4 GPS-RTK技術(shù)在公路征地測(cè)量中的應(yīng)用

公路的征地測(cè)量通常處于勘測(cè)設(shè)計(jì)和施工放樣的階段，其特點(diǎn)為線路較長(zhǎng)，測(cè)量難度加大、地形較復(fù)雜。運(yùn)用RTK技術(shù)，可以使公路測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度得到減輕，使測(cè)量工作的靈活性加強(qiáng)，為公路測(cè)量工作帶來(lái)極大的便利。

（1）大比例尺繪制地形圖。通常公路選線是在大比例尺的帶狀地形圖上進(jìn)行的，比例通常為1∶1000或者1∶2000。假如運(yùn)用以往傳統(tǒng)的方法進(jìn)行測(cè)圖，則需要進(jìn)行碎步測(cè)量和經(jīng)過(guò)建立控制點(diǎn)才可以對(duì)地形圖進(jìn)行準(zhǔn)確的繪制，在這過(guò)程將會(huì)出現(xiàn)繪圖難度大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、速度慢和效率低下的問(wèn)題，然而這些缺點(diǎn)GPS-RTK技術(shù)可以克服，只需要收集三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和碎部點(diǎn)的輸入屬性的信息，用繪圖軟件繪制成圖，這樣便可以節(jié)省公路測(cè)圖的時(shí)間，測(cè)圖中遇到的困難也會(huì)克服。（見(jiàn)表1）

（2）計(jì)算道路的縱橫斷面放樣。在對(duì)縱橫斷面進(jìn)行放樣的過(guò)程中，在電子手薄中填入放樣數(shù)據(jù)，并且建立一個(gè)施工文件來(lái)預(yù)放樣點(diǎn)，以供在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)中使用。在進(jìn)行橫斷面放樣時(shí)，第一步就要確定好橫斷面的施工作業(yè)的形式，在電子手簿將里填入橫斷面設(shè)計(jì)的高、路肩寬度和邊坡坡度，建立并儲(chǔ)存一個(gè)預(yù)放樣的施工文件，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不定時(shí)地測(cè)量放樣。運(yùn)用繪圖軟件，可以將縱斷面與各個(gè)點(diǎn)圖繪制出來(lái)。不需要到實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)其進(jìn)行測(cè)量采集地形圖數(shù)據(jù)，大大減少了戶(hù)外公路征地測(cè)量工作的時(shí)間，提高了工作效率。

（3）道路中線放樣。道路設(shè)計(jì)工作者在地形圖上對(duì)公路實(shí)行定線之后，把標(biāo)準(zhǔn)的公路中線在地面標(biāo)定出來(lái)。在使用RKT技術(shù)測(cè)量的過(guò)程中，將相關(guān)的中樁點(diǎn)坐標(biāo)錄入在RTK電子手薄中，這樣放樣點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)位就會(huì)在系統(tǒng)軟件中自動(dòng)顯示。構(gòu)成高速公路的最主要的路線為圓曲線、緩和曲線和直線，在放樣時(shí)，在RTK電子手簿中輸入直線段與緩和曲線的距離、起點(diǎn)與終點(diǎn)的方位角、圓曲線的半徑、各主控的樁號(hào)、緩和曲線與直線段的距離，就能夠進(jìn)行精確的放樣，并且均由RTK電子手薄獨(dú)立的完成運(yùn)算。

5 結(jié)語(yǔ)

GPS-RTK技術(shù)的主要特點(diǎn)為速度快、效率好、精準(zhǔn)度高和操作十分強(qiáng)，在公路征地測(cè)量工作中應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)，順應(yīng)了時(shí)代技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的征地測(cè)量方式已經(jīng)被GPS-RTK技術(shù)逐漸取代，在很大程度上減少公路測(cè)量工作的時(shí)間和物力的耗費(fèi)。所以，GPS-RTK技術(shù)在道路勘測(cè)和施工放樣工作中有著非常重要的應(yīng)用意義，在日后的道路養(yǎng)護(hù)和管理工作方面發(fā)展前景也十分廣闊。

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