RTK技術(shù)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用研究

羅偉

[摘要]本文首先對(duì)RTK技術(shù)的測(cè)量原理進(jìn)行了介紹，其次分析了RTK技術(shù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，闡明了RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)處理要素，然后對(duì)地形測(cè)圖、控制測(cè)量等測(cè)量模式展開(kāi)了進(jìn)一步的研究，最后對(duì)RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用前景進(jìn)行了憧憬，供大家參考。

[關(guān)鍵詞]RTK技術(shù) 公路工程 控制測(cè)量 應(yīng)用

[中圖分類號(hào)] P258 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-246-2

近年來(lái)RTK技術(shù)得到了飛快的發(fā)展，并在地形測(cè)圖、控制測(cè)量中得到廣泛使用，這種技術(shù)的在工程中的應(yīng)用從很大程度上提高了作業(yè)的精度與效率。傳統(tǒng)勘測(cè)工作非常繁瑣，工作環(huán)境十分惡劣，同時(shí)還具有工作效率低、工作周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。公路勘測(cè)人員的工作目標(biāo)是盡量對(duì)工作量進(jìn)行簡(jiǎn)化，進(jìn)一步提高工作效率，增強(qiáng)勘測(cè)的準(zhǔn)確性。目前RTK技術(shù)已經(jīng)在應(yīng)用中變得越來(lái)越成熟，極大的推動(dòng)了公路勘測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

1 RTK技術(shù)的測(cè)量原理

GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（Real-Time Kinematic）簡(jiǎn)稱RTK，又稱載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理連個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量的差分方法。需要至少兩臺(tái)GPS接收機(jī)，在已知點(diǎn)上設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，并將一些必要的數(shù)據(jù)，如基準(zhǔn)站坐標(biāo)、高程、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)等輸入GPS手簿，一至多臺(tái)GPS接收機(jī)設(shè)置為流動(dòng)站，共同跟蹤四顆以上衛(wèi)星?；鶞?zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，基準(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)送到流動(dòng)站，流動(dòng)站將接受道德衛(wèi)星信號(hào)與基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的新海傳輸?shù)娇刂剖植具M(jìn)行實(shí)時(shí)差分及平差處理，實(shí)時(shí)得到本站的平面坐標(biāo)和高程及其實(shí)測(cè)精度。

移動(dòng)站可處于靜態(tài)，也可處于動(dòng)態(tài)，可以在一個(gè)固定點(diǎn)上進(jìn)行初始化后進(jìn)入動(dòng)態(tài)工作，也可以在動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行初始化，移動(dòng)站與基準(zhǔn)站測(cè)量范圍距離一般在十五千米以內(nèi)，實(shí)時(shí)三維定位精度可到厘米級(jí)。

2 RTK技術(shù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

2.1作業(yè)效率高

RTK操作簡(jiǎn)單，且無(wú)需前后通視，范圍廣，在公路線形測(cè)量中，作業(yè)迅速，長(zhǎng)距離無(wú)需變換基準(zhǔn)站，大大提高了工作效率。

2.2定位精度高，沒(méi)有誤差累積

在RTK定線測(cè)量中首級(jí)控制網(wǎng)直接與中線樁點(diǎn)聯(lián)系，不存在中間點(diǎn)的誤差積累問(wèn)題，因此能夠達(dá)到很高的精度，適合高等級(jí)線路工程的要求。

2.3全天候作業(yè)

RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只需滿足“電磁波通視和對(duì)空通視的要求”，因此和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK技術(shù)作業(yè)受限制因素少，幾乎可以全天候作業(yè)。

2.4RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高

RTK基準(zhǔn)站發(fā)出的定位信息，可提供多個(gè)流動(dòng)站應(yīng)用，而流動(dòng)站只需一個(gè)人單獨(dú)操作，這就大大節(jié)省了人力，提高了功效。

3 RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)處理

3.1整周模糊度的探索技術(shù)

RTK的數(shù)據(jù)處理是在實(shí)時(shí)狀態(tài)下在控制器內(nèi)進(jìn)行的。一般的說(shuō)，RTK作業(yè)的數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵也就是對(duì)整周模糊度的正確求解，能實(shí)時(shí)得搜索并且唯一地判斷相對(duì)觀測(cè)量的初始整周模糊度。一般常用的搜索方法有：取整法、置信區(qū)間法、模糊度函數(shù)法、快速模糊度算法（FAFR法）、最小二乘模糊度降相關(guān)法（LAMBDA法）、初始化法、在航解算模糊度技術(shù)等。

3.2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與高程計(jì)算

道路中線各點(diǎn)的坐標(biāo)都是表示在線路坐標(biāo)系中的，、而GPS衛(wèi)星采用的是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，測(cè)量的結(jié)果也是屬于該坐標(biāo)系的，因此，要把該結(jié)果實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換到線路坐標(biāo)系中才能使二者進(jìn)行比較。另外，在平面精度滿足要求以后還要其高程信息，而GPS測(cè)量的是大地高，還要將其轉(zhuǎn)換為水準(zhǔn)高。

3.2.1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

為在測(cè)定中運(yùn)用RTK技術(shù)，應(yīng)首先建立RTK作業(yè)的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，即控制網(wǎng)。點(diǎn)之間的距離可以是幾千米或十幾千米，這些構(gòu)成線路首級(jí)控制網(wǎng)，這不僅有WGS-84坐標(biāo)，同時(shí)也有線路坐標(biāo)系的坐標(biāo)。在RTK作業(yè)時(shí)，應(yīng)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)以進(jìn)行兩種坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。在兩個(gè)控制點(diǎn)的兩套坐標(biāo)求轉(zhuǎn)換參數(shù)

3.2.2高程計(jì)算

在線路工程中完全用GPS代替中平測(cè)量尚有一定的困難，中平仍由水準(zhǔn)或測(cè)距三角高程來(lái)完成，中平一般一兩公里布設(shè)一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，在中平點(diǎn)選擇及GPS路線開(kāi)展時(shí)應(yīng)顧及二者有足夠多的重合點(diǎn)，這時(shí)采用擬合模型其誤差就能得到有效的控制。

4 RTK技術(shù)在公路工程測(cè)量中應(yīng)用的特點(diǎn)

4.1控制測(cè)量

傳統(tǒng)的測(cè)量方法有工程控制測(cè)量與大地測(cè)量?jī)煞N，這些測(cè)量方法的使用過(guò)程中存在很大的工作量，對(duì)精度要求非常高，一般來(lái)說(shuō)通過(guò)GPS靜態(tài)測(cè)量很難實(shí)時(shí)掌控定位的精度，如果測(cè)設(shè)完成之后再回到內(nèi)業(yè)進(jìn)行處理，這時(shí)發(fā)現(xiàn)存在精度上的問(wèn)題時(shí)還需要重新返回進(jìn)行再一次的測(cè)量。但是在控制測(cè)量中RTK技術(shù)的使用可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌控，如果與定位精度要求相符，就不需要再進(jìn)行檢測(cè)了，通過(guò)時(shí)還可以對(duì)觀測(cè)質(zhì)量進(jìn)行了解，在這種條件下作業(yè)效率得到了極大的提升。此外，RTK技術(shù)在公路控制測(cè)量中的使用還可以使人力成本得到大幅降低，只需要通過(guò)幾分鐘就能將某控制點(diǎn)的測(cè)量完成。

4.2地形測(cè)圖

以前在地形圖測(cè)量中，第一步是在測(cè)量區(qū)域中建立圖根控制點(diǎn)，然后將經(jīng)緯儀或者全站儀和小平板測(cè)圖置于圖根控制點(diǎn)上。當(dāng)前測(cè)量方法已經(jīng)發(fā)生了改變，通過(guò)測(cè)圖軟件和全站儀、電子手簿之間的配合完成測(cè)圖，目前的測(cè)圖過(guò)程中還應(yīng)用到了大比例尺測(cè)圖軟件和外業(yè)電子平板測(cè)圖，這些技術(shù)的應(yīng)用都需要測(cè)量周邊的地理情況，整個(gè)操作過(guò)程在兩盒以上，如果拼圖工作中有精度與要求之間情況不符的現(xiàn)象還要到外業(yè)進(jìn)行重新測(cè)量。但是RTK技術(shù)引入到測(cè)量工作中以后，只需要一個(gè)人攜帶需要的儀器到需要測(cè)量的地點(diǎn)站幾分鐘，錄入特征編碼，實(shí)時(shí)掌握點(diǎn)位的精度，測(cè)量完之后地形圖會(huì)從特定的軟件接口中輸出。

4.3放樣

所謂放樣就是對(duì)一個(gè)應(yīng)用分支進(jìn)行測(cè)量，這一環(huán)節(jié)需要使用相關(guān)的儀器和恰當(dāng)?shù)姆椒?biāo)出已經(jīng)設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位，以前經(jīng)常使用的放樣方法有全站儀邊角放樣和經(jīng)緯儀交匯放樣等，這些方法在使用過(guò)程中需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行不停的移動(dòng)，使設(shè)計(jì)點(diǎn)位的放樣得到實(shí)現(xiàn)，需要的人數(shù)為2—3個(gè)人，在放樣過(guò)程中對(duì)點(diǎn)間的同時(shí)存在相應(yīng)的要求，如果放樣過(guò)程中有問(wèn)題出現(xiàn)還需要采用其他方法輔助完成放樣。但是RTK技術(shù)引入之后，放樣只需要在電子手簿中對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行錄入，再通過(guò)GPS接收機(jī)將放樣點(diǎn)占到，這樣兒的過(guò)程非常簡(jiǎn)易和方便，因?yàn)镚PS存在高精度、高速度等特點(diǎn)，所以即使是外業(yè)放樣中也不需要過(guò)多的操作人員，操作效率得到了極大的提升。

5 RTK技術(shù)的測(cè)量模式分析

5.1快速靜態(tài)定位

GPS接收機(jī)在流動(dòng)站中的觀測(cè)必須保證靜止，在觀測(cè)的過(guò)程中，基準(zhǔn)站與衛(wèi)星同步觀測(cè)數(shù)據(jù)的接受是在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，同時(shí)實(shí)時(shí)核算三維坐標(biāo)與一周未知數(shù)，如果計(jì)算結(jié)果不存在太大變化，而且精度是符合要求的，那么就可以停止實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，快速靜態(tài)定位模式都是在控制網(wǎng)加密中使用，如果需要采用全站儀等測(cè)量方法，這時(shí)客觀因素會(huì)出現(xiàn)較大的影響，這種技術(shù)在環(huán)境條件差的地區(qū)實(shí)施起來(lái)就會(huì)存在比較大的難度，但是RTK技術(shù)引入之后問(wèn)題就會(huì)變得容易很多。在RTK技術(shù)的幫助下，單位定點(diǎn)需要五至十分鐘的時(shí)間，同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少。

5.2動(dòng)態(tài)定位

初始化之后才能進(jìn)行測(cè)量，也就是說(shuō)要在控制點(diǎn)中保持幾分鐘的靜態(tài)觀測(cè)，然后按照已經(jīng)設(shè)定好的間隔時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，并與基準(zhǔn)站同步觀測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合實(shí)時(shí)確定樣點(diǎn)位置。動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)過(guò)程中應(yīng)用前景是非常廣闊的，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)定位模式將一系列測(cè)量工作完成。如果測(cè)量的時(shí)間是2—4s，精度會(huì)達(dá)到1—3cm，測(cè)量過(guò)程中也不需要通視，存在非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

6 RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用前景

近年來(lái)我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)得到了不斷的發(fā)展，公路建設(shè)具有非常好的發(fā)展前景，同時(shí)對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，目前公路設(shè)計(jì)軟件技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，引入了CAD等技術(shù)，還有一部分軟件可以對(duì)地面數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)行支持。建立了一條數(shù)據(jù)鏈，在這條數(shù)據(jù)鏈中整合了勘測(cè)、設(shè)計(jì)以及施工管理等，省掉了數(shù)據(jù)輸入的環(huán)節(jié)，這是內(nèi)外業(yè)一體化設(shè)計(jì)中的要求，直接決定了公共路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。

雖然目前公路勘測(cè)工作中已經(jīng)引進(jìn)了一些先進(jìn)的儀器設(shè)備，例如電子全站儀等，因?yàn)槭艿阶鳂I(yè)環(huán)境和橫向通視等因素的限制，一般來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)測(cè)量方法存在工作量大的問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)的時(shí)間很長(zhǎng)。引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備并對(duì)技術(shù)進(jìn)行改造之后，勘測(cè)的水平得到了總體的提高，目前條件下最佳的選擇就是對(duì)GPS技術(shù)進(jìn)行使用。現(xiàn)階段已經(jīng)建立起沿線總體控制的原理，采用GPS靜態(tài)方法與快速靜態(tài)方法之后，帶狀地形圖等的測(cè)量可以將其作為參考；在橋梁施工中可以通過(guò)GPS技術(shù)建立起施工控制網(wǎng)；同時(shí)還能從RTK技術(shù)的應(yīng)用中對(duì)公路測(cè)量技術(shù)進(jìn)行積極探索，公路工程中RTK技術(shù)的應(yīng)用具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

7結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)RTK技術(shù)已經(jīng)在各種地形測(cè)圖、控制測(cè)量中得到了廣泛的使用，RTK技術(shù)的應(yīng)用使原來(lái)繁瑣的工作環(huán)節(jié)變得簡(jiǎn)單，原來(lái)很低的工作效率得到了提高，同時(shí)從一定程度上來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)了公路勘測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展。

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