GPS—RTK技術(shù)在道路工程施工中的應(yīng)用

耿君 韓維佳 孔慶震

摘要：GPS-RTK技術(shù)是道路工程施工測(cè)量的新標(biāo)準(zhǔn)，它測(cè)量效率高、沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)限制，也不受通視影響，而且網(wǎng)絡(luò)分布方便，選點(diǎn)靈活，能夠最大程度的提高測(cè)量工作效率，同時(shí)也可以確保道理勘測(cè)、放線精確度。隨著GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，這對(duì)于道路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工過(guò)程來(lái)說(shuō)是有著積極的推動(dòng)作用。本文提出了GPS-RTK的基本原理，介紹了GPS-RTK技術(shù)在道路工程施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：道路工程；GPS-RTK技術(shù)；應(yīng)用

當(dāng)前的道路工程建設(shè)中，運(yùn)用現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)是一個(gè)必要的手段，道路工程在進(jìn)行施工時(shí)往往工期較緊，而且具體的工程內(nèi)容較多，選擇道路線形可能較復(fù)雜，道路施工測(cè)量的工作非常繁瑣。考慮到道路測(cè)量具有測(cè)量線程長(zhǎng)、精確度高、工期短的特點(diǎn)，利用GPS—RTK測(cè)量技術(shù)可以打破傳統(tǒng)測(cè)量方法的局限性，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化的要求，同時(shí)也給道路測(cè)繪領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了一場(chǎng)技術(shù)革命，具備的優(yōu)勢(shì)不可低估。

一、GPS-RTK的基本原理

1.GPS—全球定位系統(tǒng)的基本原理是利用衛(wèi)星上的無(wú)線電發(fā)射臺(tái)，形成衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，根據(jù)無(wú)線電測(cè)距交會(huì)原理，在已知三顆以上衛(wèi)星的空間位置的情況下，交會(huì)出地面位置點(diǎn)的位置。GPS 擁有實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定時(shí)、定位功能，還具有連續(xù)性、全天候、全球性等特性，從而能夠更加精密地提供時(shí)間、三維坐標(biāo)、速度。GPS-RTK技術(shù)（GPS - real time kinematic），即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) GPS 測(cè)量技術(shù)，以載波相位測(cè)量為依據(jù)，并把載波相位測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)完美結(jié)合起來(lái)。這種實(shí)時(shí)差分 GPS 測(cè)量技術(shù)，是 GPS 測(cè)量技術(shù)發(fā)展中一個(gè)新的重要突破。

2.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)（RTK 測(cè)量技術(shù)），主要是由無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸鏈、一個(gè)基準(zhǔn)站和若干個(gè)流動(dòng)站等三大部分組成的，該測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用原理就是取一個(gè)點(diǎn)位精度相對(duì)較高的首級(jí)控制點(diǎn)當(dāng)作基準(zhǔn)點(diǎn)，在流動(dòng)站上設(shè)置一臺(tái)接收機(jī)當(dāng)作參考站，從而能夠?qū)πl(wèi)星連續(xù)性地作出監(jiān)測(cè)，并將接收于基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備根據(jù)相對(duì)定位的原理，在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出這些流動(dòng)站的測(cè)量精度和三維坐標(biāo)。

3.RTK 系統(tǒng)中的基準(zhǔn)站，一般情況下會(huì)選擇一個(gè)擁有地勢(shì)較高、視野開(kāi)闊等特性的已知控制點(diǎn)上進(jìn)行設(shè)置，它的功能就是連續(xù)性地跟蹤觀測(cè) GPS 衛(wèi)星，并將基準(zhǔn)站坐標(biāo)、載波觀測(cè)數(shù)據(jù)及偽距觀測(cè)值等通過(guò)無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸鏈實(shí)時(shí)地發(fā)送給各個(gè)流動(dòng)站。流動(dòng)站上的接收機(jī)不僅可以采集 GPS 觀察數(shù)據(jù)，還能夠接收基準(zhǔn)站傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r(shí)處理在系統(tǒng)內(nèi)組成的差分觀測(cè)值，最后就可以得出來(lái)自基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的基線向量，如果用最后得出的基線向量再加上基準(zhǔn)站的坐標(biāo)就可以得到流動(dòng)站所有點(diǎn)的坐標(biāo)，再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)原理，可以計(jì)算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)，精度能夠達(dá)到厘米級(jí)。

二、GPS-RTK技術(shù)在道路工程施工中的應(yīng)用

在使用全站儀、水準(zhǔn)儀這些常規(guī)的地面測(cè)量?jī)x器對(duì)道路工程施工進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)顯現(xiàn)出自動(dòng)化程度低、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量成果不直觀、野外工作量大、作業(yè)人員和儀器設(shè)備多、測(cè)量誤差累積、工作效率低等一系列缺點(diǎn)及局限性，在比較復(fù)雜的作業(yè)區(qū)內(nèi)，這些局限性更為明顯。相對(duì)于這些常規(guī)的地面測(cè)量?jī)x器來(lái)說(shuō)，GPS - RTK 技術(shù)擁有自動(dòng)化程度高、所需控制點(diǎn)少、外業(yè)工作量小、精度好、快速、實(shí)時(shí)等方面的優(yōu)勢(shì)，這些得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)使得GPS-RTK測(cè)量技術(shù)能夠在道路工程施工測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。

1.繪制大比例尺地形圖。在進(jìn)行道路工程選線時(shí)，一般都是選擇大比例尺帶狀地形圖，通常情況下是 1∶2000或 1∶1000。如果使用傳統(tǒng)方法測(cè)量地形圖，首先需要建立測(cè)圖控制網(wǎng)，接著采用碎部測(cè)量的方法，逐步繪制成系統(tǒng)的大比例尺地形圖，這種方法，不僅花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、速度慢，還會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的工作量，浪費(fèi)了人力、物力、財(cái)力。若采用GPS-RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量進(jìn)行作業(yè)，在半徑 5 km 以內(nèi)，在所測(cè)區(qū)域內(nèi)相對(duì)較高精度的首級(jí)控制點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)站，在流動(dòng)站上的接收機(jī)輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，采集碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)；或者先進(jìn)行碎步點(diǎn)的測(cè)量后，再進(jìn)行聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)的解算。因?yàn)橹灰杉椴奎c(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息即可，所以采集信息數(shù)據(jù)時(shí)，只需在每個(gè)碎部點(diǎn)上停留幾分鐘，就可以輕而易舉地獲得每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，采集速度非?？欤缓笤儆脗鬏斁€連接，把數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)，利用繪圖軟件畫(huà)成圖即可。當(dāng) GPS 信號(hào)嚴(yán)重受阻時(shí)，比如說(shuō)測(cè)點(diǎn)在密林高山里且地勢(shì)低洼，那么可以將GPS-RTK測(cè)量技術(shù)與全站儀測(cè)量結(jié)合起來(lái)測(cè)繪局部地形圖。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，就是將GPS-RTK技術(shù)測(cè)量設(shè)置必要的圖根點(diǎn)，再結(jié)合使用全站儀碎部測(cè)量。實(shí)踐證明，復(fù)雜條件下地形的測(cè)繪，是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，GPS-RTK測(cè)量技術(shù)與常規(guī)地面測(cè)量技術(shù)的合理適當(dāng)組合就成為解決此類(lèi)問(wèn)題的一條切實(shí)可行的途徑。

2.工程控制測(cè)量。在控制測(cè)量大于 100 km 相對(duì)較長(zhǎng)的道路，或者道路中間設(shè)有大型的建筑物時(shí)，例如互通式立交、隧道、特大橋等，比較科學(xué)合理的方法就是采用靜態(tài)測(cè)量法。在一般道路工程的控制測(cè)量方面，比如對(duì)比較短的道路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，就可以直接使用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。這種方法在此方面的測(cè)量效率很高，當(dāng)定位精度達(dá)到要求時(shí)，采集控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間只需要幾秒鐘即可，這是因?yàn)辄c(diǎn)點(diǎn)之間只要有一個(gè)方向通視就可以了，不需要互相通視，因此，大幅度的提高了作業(yè)的效率。

3.道路中線測(cè)設(shè)。道路工程設(shè)計(jì)人員在給大比例尺的帶狀地形圖上完定線后，還需要在地面將公路中線標(biāo)定出來(lái)。這就需要采用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，只要將中線樁點(diǎn)的坐標(biāo)傳到 GPS 手簿中，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)定位出放樣的點(diǎn)。這樣的測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)都是獨(dú)立完成的測(cè)量過(guò)程，而且每個(gè)點(diǎn)的放樣精準(zhǔn)度也都趨向于一致。

4.交通沿線山體滑坡位移監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)交通道路沿線的山體滑坡位移時(shí)，一般都采用近景攝影測(cè)量法、應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)法、宏觀地質(zhì)監(jiān)測(cè)法以及大地精密測(cè)量法。但是其使用過(guò)程中，對(duì)那些難以用肉眼觀察到、細(xì)小的卻能夠引起山體滑坡的位移變化，還沒(méi)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)度不太高，也會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)大的人力、財(cái)力。山體滑坡發(fā)生前的位移偏移量很小，只有采用高精度的定位方法才能取得監(jiān)測(cè)結(jié)果。常規(guī)的 GPS 監(jiān)測(cè)方法無(wú)法實(shí)時(shí)計(jì)算，也就不能及時(shí)預(yù)警。GPS-RTK測(cè)量技術(shù)就可以解決這個(gè)相對(duì)棘手的問(wèn)題，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并且達(dá)到厘米級(jí)的精度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)山體滑坡的監(jiān)測(cè)。

5.放樣測(cè)量。對(duì)于在道路施工過(guò)程中的坡度以及點(diǎn)、線、面等的放樣，GPS-RTK測(cè)量技術(shù)都有其可利用的豐富的軟件資源。在對(duì)道路施工過(guò)程的放樣測(cè)量時(shí)，只要在預(yù)設(shè)好的測(cè)量電子手簿中輸入必要的曲線要素，便可以自動(dòng)生成需要的線路圖。偏移距和測(cè)點(diǎn)里程等數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)顯示在電子手簿上，這樣在整個(gè)放線過(guò)程中，就能夠輕而易舉的對(duì)線路放線工作進(jìn)行指導(dǎo)。

GPS-RTK技術(shù)在道路工程施工測(cè)量中有精確度高，測(cè)量迅速，不受通視、網(wǎng)形的限制，布網(wǎng)方便，選點(diǎn)靈活等優(yōu)勢(shì)，大幅度地提高了測(cè)量工作的效率，保證了道路勘測(cè)、放線精度，開(kāi)辟了一條在道路工程施工測(cè)量中嶄新的、切實(shí)可行的技術(shù)途徑。金無(wú)足赤，這種新的科技產(chǎn)物也會(huì)存在一定的缺點(diǎn)，但是只要在施工測(cè)量過(guò)程中揚(yáng)長(zhǎng)避短，把其優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致，再結(jié)合其他的測(cè)量工具和方法，就會(huì)擁有更廣闊的應(yīng)用空間。

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